Benchmark d'un modèle layer wise de multicouches et implémentation du modèle dans Abaqus

161 Pages·2017·2.17 MB·French

by  Duc Thai Nguyen

Benchmark d’un modèle layer wise de multicouches et
implémentation du modèle dans Abaqus
Duc Thai Nguyen
To cite this version:
Duc Thai Nguyen. Benchmark d’un modèle layer wise de multicouches et implémentation du modèle
dans Abaqus. Matériaux. Université Paris-Est, 2012. Français. ￿NNT: 2012PEST1031￿. ￿pastel-
00730740￿
HAL Id: pastel-00730740
https://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00730740
Submitted on 11 Sep 2012
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THE`SE
pr´esent´ee pour obtenir le titre de Docteur
de l’Universit´e Paris-Est
Sp´ecialit´e : Structures et Mat´eriaux
pr´esent´ee par
NGUYEN Duc Thai
Sujet de la th`ese :
Benchmark d’un mod`ele layer wise de multicouches et
impl´ementation du mod`ele dans Abaqus
Soutenue le 04 Juin 2012
devant le jury compos´e de :
Pr´esident et Rapporteurs : Yves RE´MOND
Rapporteurs : Olivier POLIT
Examinateurs : Armelle CHABOT
Mich`ele ALEXANDRE
Directeur de Th`ese : Jean-Fran¸cois CARON
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A ma famille et mes parents.
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Remerciements
Le travail pr´esent´e dans ce m´emoire a ´et´e r´ealis´e au laboratoire URM Navier, ´equipe des
mat´eriaux et structures architectur´es (MSA). J’adresse mes sinc`eres remerciements au directeur de
l’URMNAVIER,KaramSABpourm’avoiraccueillidanssonlaboratoireavecdebonnesconditions
de travail.
Je tiens `a remercier profondement Monsieur le directeur de th`ese Jean Fran¸cois CARON qui
m’a permis de faire ce travail et a su me diriger tout au long de cette th`ese avec grande patience
et bonne humeur.
Jetiensaussi`aremercierMonsieurYvesRE´MONDpouravoirrapportermontravailetm’avoir
fait l’honneur de pr´esider mon jury de th`ese. Qu’il trouve ici l’expression de ma reconnaissance.
Monsieur Olivier POLIT a ´egalement accept´e de rapporter sur cette th`ese. J’en suis honor´e et
l’en remercie sinc`erement. Je tiens `a le remercier pour son extrˆeme gentillesse.
Ma gratitude va aussi `a Madame Alexandre MICHELE pour ses conseils pr´ecieux, le partage
de ses comp´etences scientifiques m’a beaucoup aid´e `a mener `a bien ce travail.
Je remercie aussi Madame Armelle CHABOT pour sa participation au jury et pour ses re-
marques pertinentes sur mon travail.
Je tiens `a remercier chaleureusement DUONG Van Anh pour les pr´ecieux conseils techniques
dispens´es, mais ´egalement pour son soutien qui m’a aid´e `a bien g´erer ces trois ans de ma vie.
Je remercie cordialement Messieurs le Dr Michele D’OTTAVIO et Archille LERPINIERE pour
leur disponibilit´e `a mon ´egard, et pour leurs pr´ecieux conseils dans la mise au point de mes
programmes en langage FORTRAN.
Je voudrais remercier tous les membres de l’´equipe structure et de l’´equipe dynamique de
Navier : Amina Alaoui, Daniel, Lina, Huy, Laurent, Haysam, Marie-Fran¸coise, Brigitte, Wafa, Dai,
Arthur, Natalia, Huong, et G´eraldine... qui m’ont soutenu, et aid´e dans ma tˆache en toute amiti´e.
J’adresse mes plus sinc`eres remerciements `a tous mes proches et amis, qui m’ont toujours
soutenu et encourag´e au cours de la r´ealisation de ce m´emoire.
Enfin et avant tout, je tiens `a remercier du fond du coeur ma famille.
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R´esum´e
Dans ce travail de th`ese, le comportement des composites stratifi´es est ´etudi´e en utilisant des
d´eveloppements d’ordres ´elev´es ou de type layer wise. Un mod`ele layer wise LS1 (et l’´el´ement fini
`a huit noeuds qui lui est associ´e) a ´et´e d´evelopp´e en premier lieu pour l’analyse sp´ecifique des
contraintes entre les couches pour des probl`emes de bords libres ou bien pour l’´etude des liaisons
entre les couches. Il est fond´e sur un mod`ele de type layer wise qui consid`ere le stratifi´e comme une
superposition de plaques de Reissner coupl´ees les unes aux autres par des efforts d’interfaces. Cet
´el´ement a 5n degr´es de libert´e par noeud (n ´etant le nombre de couches) et donne une pr´ediction
des contraintes d’interface.
Les travaux pr´ec´edents se concentraient sur la pr´ecision et l’utilisation de l’estimation de ces
contraintes d’interface. Mais le mod`ele permet aussi de calculer les d´eplacements et les d´eflexions
ainsi que d’extraire les contraintes dans l’´epaisseur avec ou sans post-traitement. Dans ce m´emoire,
la pr´ecision et la validit´e du calcul des d´eplacements et des contraintes ont ´et´e ´etablies `a partir
d’un nombre important de benchmarks en flexion de composites et des plaques sandwich. Le but
de cette ´etude est aussi de mieux positionner et de promouvoir cette approche en contraintes issue
des travaux de Pagano peu utilis´es et mal r´ef´erenc´es.
Cemod`eleestensuited´evelopp´eetimpl´ement´edanslecodedecalculpar´el´ementsfinisAbaqus
via la routine utilisateur User-Element (UEL). Pour d´emontrer l’efficacit´e du mod`ele et du code
de calcul, des exemples qui comprennent des plaques isotropes et anisotropes sont trait´es.
Mots clefs : composites, ´el´ements finis, multicouche, mat´eriaux, layerwise, User Element,
Abaqus, impl´ementation.
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Abstract
In this document, the behaviour of laminated composite is investigated using several high
order or layerwise finite element calculations. A layerwise model and its devoted finite element
on Co eight-node layerwise finite element have been originally and specifically developed for an
interlaminar stresses analysis in a free edge problem or for a bonding study. This model is the core
ofthepresentcomparisons.Itisbasedonatypicallayerwisemodelthatconsidersthelaminatebya
superposition of Reissner plates coupled by interfacial stresses. This element consists of 5n degrees
of freedom per node (n is the layer number) and is able to predict interlaminar stresses. These out-
of-plane stresses are deduced directly from constitutive equations without post-processing works.
The previous papers dealt with the accuracy of these estimated interface stresses. However,
the model not only permits to compute displacements and usual deflections but also to compute
stresses through the layer thicknesses with or without postprocess.
Inthepresentpaper,theaccuracyandthevalidityofthesecomputeddisplacementsandstresses
have also been established on a large number of important benchmarks of bending examples for
compositesandsandwichplates.Theaimofthisresearchisalsotobetterpositioningandpromoting
of this stress approach deriving from the works of Pagano, which was not generally studied in this
way.
This model has also been implemented into the ABAQUS finite-element program through a
User-Elementsubroutineinterface.Todemonstratetheeffectivenessofthemodelandthefiniteele-
ment code, examples which include isotropic and anisotropic plates, the problem of the perforated
plate are calculated.
Keywords:composites,multi-layer,material,layerwise,finiteelement,Abaqus,UserElement,
Implementation.