Le secteur du transport en particulier celui de l'automobile est en profonde mutation face aux défis environnementaux et sociaux qu'il pose. Le concept de mobilité durable est devenu un enjeu majeur pour tous, les constructeurs automobiles aussi bien que les acteurs économiques. Pour atteindre l'objectif de réduction de l'empreinte environnementale, l'allégement des véhicules est une solution efficace et prometteuse, en témoigne les améliorations des connaissances dans les matériaux composites avec l'émergence des fibres de verre qui permettent d'améliorer le rapport entre la résistance mécanique et la masse. Le PA6/GF30 constitue un exemple de ces matériaux utilisés dans le secteur automobile. Ce dernier représente une alternative aux structures métalliques en tant qu'éléments du compartiment moteur et de l'équipement intérieur des véhicules grâce à sa dualité : résistance mécanique-légèreté. Ce matériau est cependant soumis à des conditions environnementales sévères qui affectent son comportement mécanique et sa durabilité [1].
La présente contribution s'inscrit dans une démarche visant à établir un modèle numérique, par le biais du code éléments discrets MULTICOR3D++, permettant de prédire le comportement mécanique et l'endommagement à long terme du PA6/GF30. Dans l'optique de proposer une approche à la fois fiable et suffisamment flexible pour intégrer l'ensemble des sollicitations et des dégradations subies par ce matériau, notre choix est de considérer la Méthode des Eléments Discrets (MED) basée sur un modèle cohésif de type poutre [2]. Une telle approche a en effet prouvé sa capacité à simuler le comportement mécanique de milieux continus présentant un caractère multi-échelles ainsi que leur endommagement [3]. Le travail réalisé s'articule sur deux points principaux.
Dans un premier temps, nous cherchons à caractériser le comportement élastique macroscopique du PA6/GF30 tout en prenant en compte l'influence de différents paramètres géométriques comme la dispersion des fibres et leur facteur de forme. Dans ce but, un ensemble de volumes élémentaires cubiques décrivant la microstructure du matériau est généré et des essais mécaniques simples (traction, flexion) sont réalisés afin d'évaluer les propriétés élastiques du milieu. Des comparaisons sont alors effectuées avec des essais expérimentaux afin de valider le bon choix de volume élémentaire. Dans un second temps, l'étude s'élargit vers la détermination des champs de contraintes et la simulation de l'endommagement du PA6/GF30. Dans ce but, nous considérons l'approche Halo qui permet de régulariser le champ de contraintes typiquement hétérogène dans le contexte de la MED. Deux modèles d'endommagement sont alors introduits, le premier à l'échelle de la particule afin de simuler la rupture des fibres, le second à l'interface fibre/matrice afin de prendre en compte la décohésion interfacielle dans nos simulations. 

Références :

 [1] I. Ksouri and O. De Almeida and N. Haddar. Long term ageing of polyamide 6 and polyamide 6 reinforced with 30% of glass fibers : physicochemical, mechanical and morphological characterization, Journal of Polymer Research, Springer, 24(8) : 133, 2017.

[2] W. Leclerc. Discrete element method to simulate the elastic behavior of 3D heterogeneous continuous media, International Journal of Solids and Structures, Elsevier, 121 : 86–102, 2017.

[3] W. Leclerc and H. Haddad and M. Guessasma. On the suitability of a Discrete Element Method to simulate cracks initiation and propagation in heterogeneous media, International Journal of Solids and Structures, Elsevier, 108 : 98–114,2017.