CFM, Bordeaux, 26-30 août 2013 1 Institut P’ • UPR CNRS 3346 Département Physique et Mécanique des Matériaux ENSMA • Téléport 2 1, avenue Clément Ader • BP 40109 F86961 FUTUROSCOPE CHASSENEUIL Cedex Etude de l’influence d’une agression thermique sur les propriétés mécaniques résiduelles de matériaux composites M. ROPITAL, T. ROGAUME, D. HALM, V. ALEMANY MARI 21 21 è è me Congr me Congr è è s Fran s Fran ç ç ais de M ais de M é é canique canique Bordeaux Bordeaux – – 26 au 30 ao 26 au 30 ao û û t 2013 t 2013
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CFM, Bordeaux, 26-30 août 201311
Institut P’ • UPR CNRS 3346
Département Physique et Mécanique des MatériauxENSMA • Téléport 21, avenue Clément Ader • BP 40109F86961 FUTUROSCOPE CHASSENEUIL Cedex
Etude de l’influence d’une agression thermique sur les
propriétés mécaniques résiduelles de
matériaux composites
M. ROPITAL, T. ROGAUME, D. HALM, V. ALEMANY MARI
2121èème Congrme Congr èès Frans Fran ççais de Mais de M éécanique canique Bordeaux Bordeaux –– 26 au 30 ao26 au 30 ao ûût 2013t 2013
CFM, Bordeaux, 26-30 août 2013
Sommaire
Contexte et objectifs de l’étude
Essais d’agression thermique
Essais de caractérisation mécanique
Simulation du comportement mécanique
Bilan
CFM, Bordeaux, 26-30 août 2013
Enjeux environnementaux
Utilisation de l’hydrogène comme source d’énergie ?
Crise énergétique
Evolution du prix du pétrole
Contexte et objectifs� Economie hydrogène
� Vulnérabilité des stockages
� Objectifs
CFM, Bordeaux, 26-30 août 2013
Contexte et objectifs
Une technologie prometteuse :
� réservoir de type IV
� pression nominale : 700 bar
composite bobinéliner polymèreembase métallique
� Economie hydrogène
� Vulnérabilité des stockages
� Objectifs
Nécessité d’estimer la tenue en service :
Exemple : agressions thermiques Endommagement mécanique
Dégradation thermique
couplageModification :
pression éclatement, temps éclatement,…
Normes, réglementations
CFM, Bordeaux, 26-30 août 2013
Contexte et objectifs� Economie hydrogène
� Vulnérabilité des stockages
� Objectifs
� Estimer l’influence d’une agression thermique sur les propriétés mécaniques
� Déterminer les paramètres pilotant cette détérioration� Relier le comportement mécanique à un état d’endommagement
� Relier les conditions d’agression thermique à un état d’endommagement
Paramètres imposés• Densité d’énergie (entre 6 et 22 MJ/m2)
• Flux incident (entre 15 et 60 kW/m2)
• Temps d’exposition (entre 150 et 800 s)
Essais d’agression thermique
CFM, Bordeaux, 26-30 août 2013
Essais de caractérisation mécanique
� Dispositif
� Résultats
Prélèvement d’échantillon(sens fibres)
Essai de flexion 3 points
Eprouvette agressée
� Courbe force - déplacement
� Module de flexion
(flux, temps, énergie)
CFM, Bordeaux, 26-30 août 2013
Essais de caractérisation mécanique
� Dispositif
� Résultats
Comportement à flux constant
Rattrapage de jeu
Eprouvette épaisse : endommagement par délaminage successif
diminution de la rigiditédiminution de la force maximalecourbe plus régulière
� Faibles temps → pas d’inflammation → pas d’endommagement� Temps plus longs :
CFM, Bordeaux, 26-30 août 2013
Essais de caractérisation mécanique
� Dispositif
� Résultats
Evolution du module de flexion
Pas d’inflammation
Mod
ule
de fl
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n ra
ppor
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sa v
aleu
r «
neut
re»
� Inflammation nécessaire pour diminuer le module de flexion� Lien direct (tendance linéaire) entre l’endommagement et la densité d’énergie� Même tendance pour la contrainte maximale
CFM, Bordeaux, 26-30 août 2013
Simulation du comportement mécanique
� Modèle d’endommagement
� Échantillon dégradé
Cadre de construction du modèle d’endommagement méc anique
Mécanique de l’endommagementThermodynamique des processus irréversibles
Séparation des modes d’endommagement, quantifiés par différentes variables internes ρ :