Experimental and Numerical Analysis of Impact Damage Progression in Sandwich Structures Designated for Stay Vane Extensions in Hydraulic Turbines

Après des décennies de fonctionnement, une réhabilitation majeure des turbines hydrauliques existantes est nécessaire pour maximiser leur efficacité et leur rendement. Pour atteindre cet objectif, la meilleure solution est de modifier les profils hydrauliques d'avant-directrice en ajoutant une extension en matériaux composites. Malgré leur utilisation croissante, les matériaux composites sont sensibles aux dommages causés par les objets extérieurs. La détection des dommages internes, la prédiction de la propagation de dommages et l'amélioration de la résistance aux dommages restent la principale préoccupation dans le domaine des matériaux composites. L'objectif principal de cette thèse était d'étudier, à l'aide d'outils expérimentaux et numériques, la résistance aux dommages des panneaux sandwich avec une âme hybride soumise aux impacts à faible vitesse. Le comportement de structures sandwiches soumises aux impacts à faible vitesse a été évalué en termes de force de contact, d'absorption d'énergie, de propagation des dommages et de modes de rupture. En premier lieu, la réponse au choc de la peau du sandwich fabriquée avec un stratifié non-tissé (NCF) a été étudiée à l'aide d'une tour de chute instrumentée. Un modèle 3D de viscoplastique-dommage a été développé pour prédire la propagation de dommages dans un stratifié NCF. Le modèle numérique a été implémenté dans le logiciel de calcul d'éléments finis LS-DYNA/explicit. Le comportement non-linéaire en cisaillement du modèle proposé a été défini en considérant la dépendance au taux de déformation et la charge d'inversion symétrique. L'efficacité et la précision du modèle ont été vérifiées en comparant les résultats numériques avec ceux obtenus à partir des essais de cisaillement et des essais d'impact à faible vitesse. De plus, les effets de vitesse de déformation sur la résistance aux dommages des stratifiés NCF a été étudié. En second lieu, des analyses expérimentales et numériques pour structures sandwiches avec une âme en ATH/époxy soumises aux impacts à haute énergie et à faible vitesse ont été réalisées. La raison de cette recherche est que pour une nouvelle solution de réhabilitation de la turbine est fortement requis d'utiliser des matériaux qui peuvent absorber les charges d'impact à haute énergie et préserver un niveau d'intégrité structurale élevé. vi