> Formations > Programmes des études

STM-PARC-1-Composites et structures lattice

ue-mec-stm-parc-1-materiaux innovants et eco-respectueux

Responsable(s) du contenu pédagogique


Total crédits : 2
Total heures : 25,5 (7,5 cours, 18 TD)
Total heures travail personnel : 15


Objectif

Les matériaux composites sont des matériaux à hautes performances mécaniques, façonnables à volonté au gré du concepteur et donc doués d’un potentiel illimité. Ces matériaux sont aujourd’hui à l’origine de formidables challenges dans diverses réalisations de haute technologie. L'objectif de ce cours est de fournir une approche fondamentale du comportement mécanique des matériaux composites et des structures en matériaux composites. Aussi, nous verrons comment la fabrication additive a donné lieu à l’mergence de matériaux composites d’un nouveau genre, les structures lattice, démontrant des performances mécaniques proches des limites fixées par la théorie. Des exercices seront proposés pour illustrer et appliquer les divers concepts introduits.


Programme

1. Les matériaux composites : généralités sur les matériaux composites ; éléments constituants d’un matériau composite ; mise en œuvre et architecture des matériaux composites.
2. Génération de structures composites par fabrication additive (métal/polymère) : structures lattices, composites 3D/4D, métamatériaux, effets d’chelles.
3. Comportement mécanique des matériaux composites, méthodes d’homogénéisation : comportement élastique d'un matériau composite unidirectionnel ; comportement élastique d'un matériau composite orthotrope ; matériau composite en dehors de ses axes principaux ; mécanismes de rupture et endommagement des matériaux composites.
4. Comportement mécanique des stratifiés et des sandwiches : généralités sur la théorie des stratifiés; influence de l'empilement des couches ; étude des matériaux à renfort tissu, théorie des structures sandwiches, influence de l’me interne (structure nid d’abeilles) et de l’paisseur des peaux, etc.
5. Analyse du comportement mécanique des structures en matériaux composites : flexion cylindrique ; flexion des poutres ; flambement des poutres et des plaques ; stratifiées et sandwiches ; comportement aux chocs, prédimensionnement des structures composites et sandwiches, etc.

Les séances de TD/TP seront consacrées à la mise en place de modèles de calcul par éléments finis, à la fabrication de structures lattices par méthode d’impression 3D et à leurs caractérisations mécaniques :
- Sur les composites : méthodes classiques d’estimations analytiques, simulation de structures composites (matrice/renforts), notion de VER et de périodicit effets de la distribution et de la géométrie des renforts (fibres ou particules).
- Sur les structures lattices : design-CAO de matériaux architecturés (milieu à deux phases), méthodes numériques d’homogénéisation sur structures périodiques, mise en œuvre par procédé d'impression FDM, analyses mécaniques des échantillons fabriqués, études de l’effet de la méthodologie de conception (trajectoire de dépose) et des défauts.


Compétences attendues

Connaître les outils de caractérisations et d'analyses théoriques et expérimentales des matériaux hétérogènes (composites, lattices) en vue d'optimiser les conceptions (allègement, résistance et autres).
Savoir mettre en œuvre un calcul numérique en mécanique des matériaux composites et structures lattice.


Contraintes pédagogiques - Méthodes pédagogiques

Utilisation de Moodle avec la mise à disposition de ressources pédagogiques, de descriptions des outils disponibles lors des séances de TP/TD.


Contraintes pédagogiques - Moyens spécifiques

Utilisation des moyens de la PFM et de la PF SMIS (outils de caractérisations mécaniques et de caractérisations morphologiques, procédés de fabrication additive FDM ou SLA des structures lattice, outils de simulation numérique) pour les TP/TD associés.


Mode d'évaluation

Projet : études de cas à réaliser en binôme ou en trinôme sur la durée du semestre, portant sur l’tude de composites/lattice et leur caractérisation mécanique (moyens de caractérisations de la PFM et de la PF SMIS).

Livrable : synthèse des travaux présentée sous la forme d’un article scientifique


Bibliographie

K. K. Chawla, Composite Materials Science and Engineering, 4th Ed., Springer, 2019.
J.-M. Berthelot, Mécanique des Matériaux et Structures Composites, ISMANS, 2010.
D. D. L. Chung, Composite Materials, Science and Applications, 2nd Ed., Springer, 2010.
A. K. Kaw, Mechanics of Composite Materials, 2nd Ed., CRC Press, 2006.



Retour