Academic literature on the topic 'Panneau sandwich composite'

Pour être commercialisés et installés à bord des navires, les panneaux structuraux tels que les cloisons et les pontsdoivent passer avec succès un essai normalisé de résistance au feu de type ISO 834. De tels essais sont longs et coûteux,les constructeurs de panneaux souhaitent par conséquent maximiser les chances de succès lors du passage de leur produitau test en particulier pour les designs alternatifs que constituent les sandwichs composite.La simulation par éléments finis est un outil pour modéliser le comportement thermomécanique de telles structures.Les codes industriels comme SAMCEF qui a été utilisé dans ce travail sont capables de réaliser des analyses thermiquesavec dégradation et des analyses mécaniques mettant en jeu la gestion du contact, la dégradation des propriétésmécaniques et la perte des structures par ruine.L’enjeu de cette étude est d’abord identifier les spécificités de telles structures particulières par leur taille, leurconception, de déterminer quelles sont les données thermiques et mécaniques nécessaires pour alimenter le modèlenumérique et le cas échéant de les construire à partir des résultats de la réaction au feu des matériaux. Des modèlesnumériques que l’on souhaite robustes et utilisables dans un contexte industriel, sont développés pour déterminer lecomportement thermomécanique de tels panneaux. Ils prennent en compte l’évolution des propriétés thermiques etmécaniques des matériaux en cours de dégradation. Ces modèles doivent permettre par la suite l’estimation desperformances de nouveaux designs lors d’un essai de certification ISO 834<br>Structural panels used in naval industry such as bulkheads and decks must succeed in standard certification testssuch as ISO 834 to be commercialized and settled on board. As these tests are long and expensive, panel manufacturerswish to maximize chances of success for their panels when submitted to certification tests especially when it comes toalternative designs such as composite sandwich panels.Finite elements analyses are used to model thermo-mechanical behavior. Industrial software such as SAMCEF,which was used to conduct this work, are able to solve thermal analyses with degradation and mechanical analyses involvingcontact conditions, degradation of mechanical properties and loss of structures due to failure.The objective in this study is to first identify characteristics of these structures. They are special due to their size andtheir manufacturing. This study aims also to determine thermal and mechanical data required for numerical modeling.When necessary some data can be computed from results coming from the results of the materials’ reaction to fire.Numerical models are developed to determine thermo-mechanical behavior and are designed to be robust and used inindustrial context. They include the evolution of thermal and mechanical properties during the degradation process. Thesemodels must enable to estimate the performances of innovative designs during an ISO 834 certification test

Les pièces de robinetterie sont des vannes composées d'un corps cylindrique, d'un axe, d'un obturateur et d'un joint d'étanchéité. L'objectif de ce travail est de concevoir et dimensionner des obturateurs de vanne anciennement en matériaux métalliques en matériaux composites pour des raisons de résistance à la corrosion et de développer les outils de modélisations nécessaires à ces dimensionnements. Il a été nécessaire d'étudier des vannes métalliques existantes aux éléments finis pour affiner les futures conceptions et outils à développer. La conception sandwich est retenue pour les futures vannes et l'intérêt d'un outil de prise en compte de l'anisotropie de composites apparait. Une première série de conceptions et les calculs associés mettent en valeur l'intérêt du composite pour la résistance à la flexion avec des points faibles: matage, limite à rupture atteinte dans certaines zones. Un outil original a été développé pour traduire l'anisotropie du matériau dans des pièces de type coque de forme complexe de manière assez simple et rapide. Cet outil fait appel aux techniques de résolution de problèmes thermiques par les équations aux dérivées partielles. Des essais ont été réalisés sur éprouvettes de torsion pour évaluer ce que le calcul ne permet pas de traduire. Il apparaît qu'un dommage particulier arrive souvent lors de sollicitations en fatigue sous température élevée: le délaminage, d'où la nécessité de prendre en compte ce dommage dans les calculs et les futurs dimensionnements. Des modèles matériaux d'interface et des éléments finis spéciaux sont développés en vue de calculs éléments finis avec délaminage. Les modèles sont d'abord testés sur des éprouvettes dites DCB puis un calcul de vanne industrielle en matériaux composites est effectué révélant la pertinence qualitative et préventive du modèle de délaminage.

Les niveaux de bruit constatés, ainsi que les exigences en matière de confort acoustique dans les aéronefs, sont tels que des traitements purement passifs, notamment dans le cas des composites, sont insuffisants pour satisfaire au cahier des charges. L'étude, tant théorique qu'expérimentale, a pour objet de mettre en évidence les mécanismes existants lors du contrôle actif vibratoire de panneaux sandwichs composites en vue de réduire le champ acoustique rayonné dans un volume fermé. Pour cela, l'excitation primaire sinusoïdale est produite par une force ponctuelle, alors que les excitations secondaires, nécessaires pour le contrôle, sont ponctuelles ou distribuées. Les capteurs de contrôle sont des microphones. Les procédures sont menées à l'aide d'algorithmes de type LMS (least Mean Square) à référence filtrée, dans le domaine temporel ou fréquentiel. Une modélisation analytique du comportement vibratoire des panneaux est réalisée. On s'intéresse en particulier à la contribution des différentes modes de structure au champ rayonné avant et après contrôle, et au cheminement de l'énergie sur la structure. Les expérimentations sont conduites sur des panneaux encastrés sur les bords, rayonnant dans une pièce assourdie, pour différentes densités modales. Les comparaisons entre les résultats théoriques et expérimentaux permettent de valider le modèle et ainsi d'expliquer les phénomènes. Les performances des deux types d'actionneurs sont comparées et les limitations de la méthode sont analysées. Enfin, des améliorations de l'algorithme sont proposées afin d'éviter des problèmes pratiques de divergence ou l'influence d'une source secondaire sur la référence.

Les structures sandwichs à cœur cellules nid d'abeilles sont largement employées dans l'industrie aéronautique, notamment pour leur grande rigidité de flexion à faible masse. Cette dernière caractéristique résulte également en une diminution de la transmission et une augmentation du rayonnement acoustique de ces structures. On cherche à modéliser une nouvelle stratégie passive de réduction des vibrations mécaniques et du rayonnement, se basant sur le principe de localisation des vibrations du matériau. L'idée fondatrice est l'insertion au sein du matériau d'hétérogénéités créant des obstacles pour la propagation des ondes mécaniques et donc des phénomènes de réflexion, transmission, diffusion voire dissipation de l'énergie mécanique vibratoire. Cela résultera en une localisation de certains modes structuraux, et modifiera le rayonnement acoustique associé à ces modes. Les travaux de thèse porte sur la modélisation, la simulation numérique et la validation expérimentale de structures sandwichs présentant des sur-charges localisées suivant un schéma fractal<br>Sandwich structures with honeycomb core cells have been widely used within the aerospace industry, because of their high static bending stiffness at a lesser mass cost. The weight reduction is unfortunately responsible for a decrease in the acoustic transmission and a rise of the radiation of such structures. Therefore, a new passive strategy of structural vibration and acoustic radiation reduction is investigated. The founding idea is to used the geometrical network of the honeycomb core by filling some cells with small heterogeneities, in order to create obstacles for the structural waves, creating wave reflection, transmission or even dissipation of the mechanical energy. That results in localization of some modes, which is modifying their acoustic radiation. This study implies modeling, numerical simulation and experimental validation of sandwich structures locally overloaded by fractal distributions

Les structures sandwich sont des structures légères composées de deux peaux superficielles minces, relativement denses, à haute résistance qui sont collées de part et d'autre d'une âme, épaisse, de faible densité telle que les mousses ou nids d'abeilles. Les matériaux sandwich à peau composite renforcée de fibres plastiques et à cœur en matériaux polymère représentent aujourd'hui une classe importante des matériaux structuraux légers dans de nombreux domaines de l'ingénierie tels que l'aéronautique et l'aérospatiale, l'automobile et les structures marines. Toutefois, certaines de ces structures sandwich ont des capacités d'absorption d'énergie très limitées. Cette limitation devient critique lorsque ces structures sont susceptibles d'être soumises à un impact. L'endommagement par impact dans le cas de structures sandwich peut être dû, notamment, à des chutes d'outils, des vols de débris sur piste d'atterrissage, des chocs à oiseaux, des averses de grêles ou des impacts balistiques.Les résines utilisées en tant que matrice dans le cas des sandwiches à peaux en composites stratifiés sont généralement des résines thermodurcissables comme les résines époxy. En raison de la nature fragile de la matrice, même la présence d'un léger délaminage interne se propage essentiellement à angle droit par rapport à la contrainte de compression appliquée ayant alors des résultats désastreux pour la structure sandwich. Une des solutions proposées est alors la modification des résines thermodurcissables avec l'ajout de particules organiques et inorganiques de taille nanométrique. Une nouvelle méthode de synthèse de copolymères par blocs qui s'auto-assemblent à l'échelle nanométrique permettrait de réduire sensiblement les problèmes liés à la dispersion des nanoparticules.L'objectif de ce travail est d'étudier et de mieux comprendre l'amélioration de la résistance à l'impact des panneaux sandwich à peau en stratifiés composites grâce à l'ajout de copolymère tribloc (Nanostrength®) dans la matrice Epoxy du composite Fibres/Epoxy. L'effet des nanoparticules sur les performances mécaniques des panneaux sandwich à peau Kevlar/Epoxy ou Verre/Epoxy et âme en mousse Rohacell® sera investigué : pour cela une comparaison des résultats entre résine pure et résine modifiée par l'ajout de 10% de Nanostrength sera effectuée en utilisant des essais expérimentaux et une modélisation numérique. Ce travail portera sur deux types de chargement d'impact différents ; des impacts à faible vitesse dont l'angle d'incidence est normal à la surface de l'échantillon et des impacts à faible vitesse et à trajectoire parabolique. Un dispositif d'impact tridimensionnel adossé à un hexapode de mouvement a été développé pour étudier la réponse mécanique d'un panneau sandwich soumis à une trajectoire parabolique.La méthode des éléments finis est un moyen largement usité pour étudier l'impact sur les structures et notamment les structures sandwich. Un modèle LS-Dyna a été développé pour la simulation de l'impact normal sur plaque de composites stratifiés et sur plaques sandwich Kevlar/Epoxy – mousse Rohacell®. Une loi de comportement basée sur la mécanique de l'endommagement, disponible dans la bibliothèque de modèles matériaux proposés par LS-Dyna et dénommé « Laminated Composite Fabric » (MAT58) a été utilisée pour représenter le comportement des plaques composites. Les paramètres d'entrée du modèle MAT58 ont été obtenus par combinaison d'essais et études paramétriques. Le modèle « CRUSHABLE FOAM » (MAT63) a été utilisé pour le cœur. Le modèle macroscopique avec une loi de comportement phénoménologique est capable de simuler la réponse macroscopique de composites stratifiés et plaques sandwich soumis à des impacts de faible vitesse.On peut souligner que le développement de panneaux sandwich à matrice renforcée de copolymère tribloc est un domaine prometteur de l'étude<br>Sandwich structures are lightweight structures composed of two thin, relatively dense, high strength facesheets that are glued on either side of a thick, low density core, such as foams or honeycombs. Sandwich panels with fibre reinforced plastic skins and core of polymer foam represent an important class of lightweight structural materials in many areas of such as aeronautics and aerospace, automotive and marine structures. However, some of these sandwich structures have very limited energy absorption capacity. This limitation becomes critical because these structures are susceptible to be subjected to impact. The impact damage in the case of sandwich structures may be due, in particular, to dropped tools, flights debris, bird strike, hailstorms or ballistic impacts.The resins used as the matrix in the case of sandwich panels with laminated composite facesheets are usually thermosetting resins such as epoxy resins. Due to the fragile nature of the matrix, the presence of even a slight internal delamination spreads at right angles to the applied compressive stress with disastrous results for the sandwich structure. One of the proposed solutions is the modification of the thermosetting resins with the addition of organic and inorganic particles of nanometric size. A new method of synthesis of block copolymers that self-assemble at the nanoscale would substantially reduce the problems associated with the dispersion of nanoparticles.The objective of this work is to study and better understand the improvement of impact resistance of sandwich panels with skin laminates with the addition of tri-block copolymer (Nanostrength®) in the epoxy matrix of fibre / epoxy composite. The effect of nanoparticles on the mechanical performance of the sandwich Kevlar / epoxy or glass / epoxy facesheets and Rohacell® foam core panels will be investigated by comparing the results between pure resin and resin modified by the addition of 10% Nanostrength performed using experimental testing and numerical modelling. This work will focus on two different types of impact loading; low velocity impacts with normal angle of incidence to the sample surface and low velocity impacts with parabolic trajectory. A device for three-dimensional impact has been developed to study the mechanical response of sandwich panels subjected to a parabolic trajectory impact.The finite element method is a widely used method to study the impact on structures including sandwich structures. An LS-Dyna model was developed to simulate the normal impact of composite laminates and Kevlar / Epoxy - Rohacell® foam sandwich plates. A constitutive law based on damage mechanics, available in the material library of LS-Dyna called "Composite Laminated Fabric" (MAT58) was used to represent the behaviour of composite facesheets. The input parameters of the model MAT58 were obtained by combination of tests and parametric studies. The model "Crushable foam" (MAT63) was used for the core. The macroscopic model with a phenomenological law is able to simulate the mechanical response of composite laminates and sandwich plates subjected to low velocity impacts. It may be noted that the development of sandwich panels reinforced with triblock copolymer in the matrix is a promising field of study

On développe un modèle numérique stochastique de prévision du comportement vibratoire et vibroacoustique BF et MF des panneaux composites sandwich en prenant en compte les incertitudes de données et les incertitudes de modélisation. Le modèle numérique moyen est construit à partir d'éléments plaques multicouches homogénéisées. Le modèle probabiliste des incertitudes de données et de modélisation est un modèle probabiliste non paramétrique pour lequel les opérateurs du problème aux limites sont aléatoires. On présente une méthode d'identification expérimentale du modèle stochastique et sa validation expérimentale à partir d'une base de données relative à 8 panneaux réalisés expérimentalement. On analyse, dans les bandes BF et MF, la propagation des incertitudes des panneaux sandwich dans le modµele numérique stochastique vibroacoustique de prévision de la réponse acoustique d'une cavité bornée couplée à un panneau sandwich dont le modèle prend en compte les incertitudes<br>We develop a computational stochastic model to predict vibration and vibroacoustic of sandwich panels in the LF and MF bands in taking into account data and model uncertainties. The mean computational model is a finite element model constituted of homogenized multilayer finite element plates. The probabilistic model of data and model uncertainties is based on the use of a nonparametric probabilistic approach for which the operators of the boundary value problem are random. We present a method for the experimental identification of the computational stochastic model and its experimental validation using an experimental data basis relative to 8 sandwich panels manufactured using the same process. Propagation of uncertainties in the panel to the acoustic cavity is analyzed with the computational stochastic model in the LF and MF bands

Depuis les années 90, de nouveaux matériaux composites ont émergé dans le paysage industriel : les contraintes environnementales et les nouvelles réglementations sur le recyclage des matériaux composites ont poussé les industriels à développer de nouveaux matériaux issus de ressources renouvelables. L'objectif de cette étude est de se doter de moyens et d'outil pour la conception et la réalisation d'une âme de structure sandwich 100% agro-sourcée répondant à des fonctionnalités mécaniques, thermiques et acoustiques. Il s'agit à travers ce travail de développer des procédés d'élaboration de matériaux composites auto-liés, agro-liés et plaques thermocompressées, valorisant ainsi les produits les moins nobles de la plante de lin (les étoupes et les anas de lin). L'interaction procédé – produit est plus que jamais vrai dans le cas de cette nouvelle famille de matériaux composites 100% agro-sourcés. Des moyens expérimentaux d'élaboration et de caractérisation ont été établi. Elles visent à établir un lien entre les matières premières (anas et étoupes de lin), le procédé de fabrication et les propriétés recherchées (mécaniques, thermiques et acoustiques). En ce qui concerne les outils de modélisation, la pertinence de divers modèles micromécaniques et thermiques a été évaluée. Ces modèles bien évidemment prennent en compte les propriétés mécaniques et thermiques des constituants ainsi que les paramètres géométriques et structuraux (rapport de forme des renforts – diamètre sur longueur -orientation des fibres). Cette étape est loin d'être aisée compte tenu de la complexité des matériaux et de la variabilité des constituants. Mais elle est nécessaire si l'on souhaite dans le futur proposer un outil d'aide à la décision dans le choix d'une solution optimale alliant fonctionnalités acoustiques, thermiques et mécaniques. Cette thèse a permis de proposer plusieurs multi matériaux présentant des performances à la fois mécanique, acoustique et thermique très intéressantes qui augurent à de bonnes perspectives<br>Since the 90s, new composite materials have emerged in the industrial domain : environmental constraints and new regulations on the recycling of composite materials have pushed the industry to develop new materials from renewable resources. The objective of this study is to acquire knowledge of resources and tools for the design and implementation of a 100% agro-sourced core of sandwich structure satisfying mechanical, thermal and acoustic features. This work consists of developing methods for elaborating self-bonding composites, agro-linking composites and thermopressed plates, thereby promoting the products of lesser quality flax plant (flax-tow and shives). The interaction method-product is more than ever true in the case of this new family of agro-sourced composites. Experimental elaboration development and characterization have been established. They aim to establish a link between raw materials (anas and flax tow), the manufacturing process and the desired properties (mechanical, thermal and acoustic). Regarding the modelling tools, the relevance of various micromechanical and thermal models was evaluated. These models must obviously take into account the mechanical, thermal and acoustic properties of components as well as the geometric and structural parameters (ratio of reinforcements on length-diameter – fiber orientation). This step is difficult due to the complexity of materials and the variability of the components. However, it is necessary if there is need to provide, in the future, a tool for decision support in selecting an optimal combination of acoustic, thermal and mechanical features. This thesis has allowed proposing several multi-performance materials with very interesting mechanical, acoustic and thermal performances with good prospects

Les panneaux composites sandwich possédant une âme nid d'abeille permettent de disposer à la fois de propriétés statiques hors plan intéressantes (en raison de leur rigidité équivalente élevée) et de caractéristiques de masses faibles. Pour cette raison, ils sont largement utilisés dans les industries aérospatiale, automobile et navale. Les environnements dans lesquels ces matériaux sont utilisés mettent en jeu des efforts dans des gammes de fréquences larges. Si un rapport rigidité / masse élevé est profitable dans le domaine des basses fréquences, il conduit généralement à des comportements vibratoires et acoustiques médiocres lorsque la fréquence d’excitation augmente. La question abordée dans ce travail peut être formulée comme : comment les concepts périodiques peuvent-ils améliorer les signatures vibroacoustiques large bande et les performances de ces structures ? La plupart des solutions vibroacoustiques sont limitées en terme de bande de fréquences d’efficacité, et induisent généralement un ajout de masse. La prise en compte de règles de conception vibroacoustiques à un stade précoce du développement du produit est l'un des principaux objectifs de recherche en vue d’améliorer leurs performances et permettrait de concevoir des structures accordées sans aucune intervention ultérieure ou augmentation de masse. Ce travail se concentre donc sur l'étude des topologies de base de panneaux sandwich existants et a pour objectif de créer de nouvelles structures améliorées. La recherche a été menée en essayant de maintenir les propriétés structurelles souhaitées, ce qui justifie l'utilisation d'une telle solution en premier lieu, mais également en considérant son utilisation potentielle comme plate-forme pour la mise en place d’inserts de matériaux périodiques résonants. Ces noyaux cellulaires ont été fabriqués en utilisant la technique du Kirigami (qui est une variante de l'Origami) : il s’agit d’une ancienne technique japonaise qui consiste à créer des structures 3D en pliant et en découpant une feuille de matériau 2D. Cette technique de fabrication peut être utilisée comme un moyen systématique de produire des configurations générales en nid d'abeilles avec des composites à fibres longues par thermoformage et / ou autoclavage. Le principal indicateur utilisé ici afin d’évaluer les performances vibroacoustiques des topologies innovantes proposées est le nombre et la plage de bandes d'arrêt, également connues sous le nom de bandes interdites, qui décrivent les plages de fréquences dans lesquelles les ondes élastiques ne peuvent pas se propager dans la structure. Ce manuscrit est organisé en cinq chapitres. Le premier consiste en un bref aperçu des structures périodiques dans les différents domaines d'ingénierie. L'accent est mis sur les panneaux sandwich et leurs techniques de fabrication les plus populaires sera également décrit. Le deuxième chapitre présentera au lecteur le concept de propagation des ondes élastiques dans les milieux périodiques. De plus, des phénomènes comme les interférences de Bragg ou les bandes interdites résonantes seront présentés ainsi que la théorie de Floquet-Bloch appliquée aux structures à périodiques typiquement utilisées dans l’aéronautique. Cette dernière dérivation mathématique sera fusionnée avec l'approche d'analyse par éléments finis et mise en œuvre comme base pour les outils de prédiction numérique spécialement développés afin de permettre la réalisation d’investigations paramétriques sur des panneaux sandwich complets ou des cœurs nus. La théorie de Floquet-Bloch permet de récolter des informations cruciales sur le comportement dynamique de l’ensemble de la structure en n’effectuant l’analyse que sur une petite partie de celle-ci (cellule unitaire).[...]<br>Honeycomb sandwich panels are well known to provide interesting static out of plane properties because of their high equivalent stiffness whilst containing mass and for this reason, they are widely used as a ‘building brick’ in the Aerospace, Automotive and Naval industries. The environment in which these materials operate involve external forces which excites them in the mid-low frequency range. However, while a high stiffness/mass ratio is a desirable static property, the vibration frequency domain is usually in the high range and therefore they become poor mechanical and acoustic insulators within the frequency range they are usually subjected to. The question addressed then is simple: how periodic concepts can improve the broadband vibroacoustic signatures and performances of those structures? Most of vibroacoustic solutions are frequency band limited, specific and usually include the addition of mass, which for certain engineering segments is disadvantageous. Including vibroacoustic design rules at early stage of product development is one of the main research targets to improve their performance and would allow to design tuned structures without any later intervention or mass increment. This work focuses on investigating existing sandwich panel core topologies and attempt to create novel improved structures. The research was carried out trying to maintain the desired structural properties which justifies the usage of such solution in the first place but also considering its potential use as a platform for Multiphysics resonating periodic material inserts. Such cellular cores were manufactured using Kirigami, which is a variation of Origami, an ancient Japanese technique that consists in creating 3D structures by folding a 2D sheet of material. This manufacturing technique can be used as a systematic way to produce general honeycomb configurations with off-the-shelf long fibre composites by thermoforming and/or autoclaving. The main indicator on which I will focus to evaluate the vibroacoustic performance of the proposed innovative topologies will be the number and range of stopbands, also known as a bandgaps, which describe the frequency ranges in which elastic waves are not transmitted within the structure, in combination with the constituent material and its damping properties. This manuscript is organised in five chapters. The first one consists of a brief overview on periodic structures in the various engineering domains. Emphasis on Sandwich panels and their most popular manufacturing techniques will also be described. The second chapter will introduce the reader to the concept of elastic wave propagation in periodic media. Also, phenomena like Bragg or resonant bandgaps will be explained as well as the Floquet-Bloch theory applied to macro-scale structures such as aeronautical cellular cores.[...]

La thèse porte sur l’effet des températures froides extrêmes sur le comportement à l’impact à basse vitesse de panneaux sandwiches en matériaux composites avec une âme de type nid d’abeilles de Nomex pressentis pour la fabrication de robots d’exploration lunaire. Le projet est scindé en deux grands volets : un volet expérimental et un volet numérique. Le volet expérimental inclut la caractérisation du comportement mécanique des constituants du panneau sandwich à températures froides, l’étude du comportement à l’impact du panneau sandwich à basse température et l’étude de l’effet de la température d’impact sur le comportement mécanique après impact des panneaux endommagés. Le panneau sandwich étudié est fait de peaux de plis tissés en carbone-époxyde [(±45)(0/90)(0/90)(±45)] et d’une âme en nid d’abeilles de Nomex. Les températures d’essais retenues pour la campagne expérimentale sont la température pièce, -70°C et -150°C. L’étude du comportement mécanique des constituants du panneau sandwich à basse température montre que la résistance en traction du matériau composite formant les peaux du panneau sandwich diminue à basse température, alors que sa résistance en compression augmente. À basse température, le comportement en cisaillement est caractérisé par une augmentation de la rigidité et de la résistance à la rupture, alors que la déformation à la rupture diminue. L’effet de la température sur le comportement du nid d’abeilles de Nomex se traduit principalement par une augmentation de la rigidité et de la résistance équivalente en compression hors-plan à basse température. L’étude du comportement à l’impact du panneau sandwich montre une augmentation de l’endommagement pour les échantillons impactés à basse température pour la plupart des conditions d’impact évaluées. L’étude combinée de l’endommagement induit et de l’énergie absorbée à l’impact indique que le développement de l’endommagement requiert moins d’apport d’énergie à basse température. Finalement, les résultats montrent que la taille de l’impacteur utilisé influence l’effet de la température sur le comportement à l’impact. Des essais de compression dans le plan sur les panneaux endommagés permettent d’évaluer l’effet de la température d’impact sur le comportement après impact. Pour les conditions d’impact étudiées, bien que la température affecte l’endommagement induit, la résistance en compression après impact est peu influencée par la température d’impact. En effet, on observe une faible diminution de la résistance résiduelle en compression avec la température d’impact qui diminue pour certaines conditions d’impact, alors que pour d’autres, aucun effet n’est observé. De plus, l’effet de la température d’impact est négligeable en comparaison avec la diminution initiale de la résistance en compression observée entre les échantillons intacts et les échantillons les moins endommagés de cette étude. Pour le deuxième volet de la thèse, un modèle numérique par la méthode des éléments finis est développé pour reproduire le comportement à l’impact du panneau sandwich à différentes températures. Le modèle de comportement pour le matériau composite inclut l’utilisation de trois variables d’endommagement et d’un modèle de plasticité en cisaillement. La rupture dans le plan est prédite avec le critère de la déformation maximale. Une fois la rupture détectée, l’évolution des variables d’endommagement est définie afin d’obtenir un adoucissement linéaire du comportement. Les propriétés du modèle de comportement pour le matériau composite proviennent en majeure partie d’essais de caractérisation et de la littérature. Pour la modélisation du nid d’abeilles de Nomex, la structure cellulaire du nid d’abeilles est modélisée. Chaque cellule prend la forme d’un hexagone parfait. Le comportement mécanique des parois est isotrope élastique avec écrouissage parfaitement plastique. Les propriétés de la loi de comportement sont obtenues avec des essais de compression hors-plan effectués à chaque température étudiée. Le modèle d’impact est appliqué à la simulation de différentes conditions d’impact à température pièce, -70°C et -150°C. Les résultats sont validés avec les essais expérimentaux. Le modèle développé permet de reproduire de façon globale le comportement du panneau sandwich impacté et les effets des températures froides sont généralement bien prédits par le modèle.<br>The thesis project is focused on the effect of extreme cold temperatures on the low-velocity impact behavior of woven carbon/epoxy composite sandwich panels with Nomex honeycomb core forlunar exploration rovers. The project is divided into an experimental campaign and a numerical investigation. The experimental campaign developed includes the study of the effect of extreme cold temperatureson the mechanical behavior of the constituents of the sandwich panel individually, the study of the low velocity impact behavior of the sandwich panel under extreme cold temperatures and the investigation of the effect of impact temperature on the compression after impact behavior of the damaged panels. The sandwich panel studied is made of plain-weave carbon/epoxy composite skins[(±45)(0/90)(0/90)(±45)] with a Nomex honeycomb core. For the experimental campaign, tests are performed at room temperature, -70°C, and -150°C. The study of the effect of temperature on the mechanical behavior of the composite material used for the skins of the sandwich panel shows that the tensile strength decreases at low temperatures, while the compressive strength increases. The inplane shear behavior is characterized by an increase in the in-plane shear modulus and the in-plane shear strength at low temperatures, while the maximum in-plane shear strain diminishes. At cold temperatures, the out-of-plane compressive behavior of the Nomex honeycomb core is characterized by an increase of rigidity and maximum compressive strength. Impact of the sandwich panels at cold temperatures leads to an increase of damage for most impact conditions tested. The conjoint study of the absorbed energy and the damage induced by impact loadings shows that it requires less energy to produce damages at cold temperatures. Finally, the results of the impact tests show that the size of the impactor has an influence on the effect of temperature on the impact behavior of the sandwich panel. Compression after impact (CAI) tests show that the effect of impact temperature on the residual compressive strength is almost negligible, although impact temperature has an effect on the damage induced. For some impact conditions, a slight decrease of the residual compressive strength was measured for specimens impacted at low temperatures, while for the other impact conditions, impact temperature has simply no effect on the residual compressive strength.The effect of impact temperature on the residual compressive strength is negligible with regard to the reduction of the residual compressive strength between the undamaged panels and the panels with the least amount of damage in this study.The second part of the project is focused on the development of a numerical model using the finite element method for the simulation of impact loadings at room temperature, -70°C, and -150°C. The model for the composite material includes the use of three damage variables combined with aplasticity model. The in-plane failure is predicted with the maximum strain criteria. The post failure evolution of the damage variables is defined to have a linear softening. For the Nomex honeycomb core model, the cellular geometry of the Nomex core is modelled with each cell represented as aperfect hexagon. The material behavior of the cell wall is isotropic elastic perfectly plastic. The majority of the properties required for the composite and Nomex honeycomb core models comes from experimental investigations or the literature for all three temperatures. Results of the numerical simulations are validated with experimental data. It shows that the model can predict theoverall behavior of the sandwich panel under impact loading. The effects of temperature on the impact behavior of the sandwich panel are overall well captured by the model.

Cette étude concerne la conception de structures dans le cadre des nouveaux critères de développement durable et d'hygiène et sécurité via la valorisation des matériaux à empreinte écologique réduite et favorisant les économies d'énergie. Les travaux de thèse portent sur l'étude théorico expérimentale de panneaux sandwich mettant à profit des composites textile-mortier TRC (Textile Reinforced Concrete) de dernière génération. Il s'agit plus précisément du développement d'une modélisation du comportement mécanique de panneaux sandwich intégrant une approche analytique-numérique innovante et de prévision du comportement de panneaux sandwich intégrant les non-linéarités matérielles et compatibles avec des schémas de chargement complexes. Sur la base d'un ancrage expérimental conséquent, tant au niveau du matériau qu'à l'échelle du composant de structure, il a été possible de valider le modèle par la considération de plusieurs critères tels que l'analyse du comportement global (charge-flèche) mais aussi de la faculté de restituer les déformations et modes d'endommagement et de rupture. Enfin, en se fondant sur l'identification expérimentale des propriétés mécaniques vieillies des éléments constitutifs du panneau sandwich, via une procédure de vieillissement accéléré, des simulations, reposant sur le modèle préalablement valide, ont été entreprises pour évaluer l'incidence sur le comportement et les mécanismes d'endommagement de l'élément de structure considéré. Il a été possible de mettre en évidence la probabilité de la modification des modes de rupture assortie de pertes sensibles des propriétés globales tels que la rigidité initiale et la capacité portante. Ces résultats devront faire l'objet à terme de validation sur des panneaux vieillis mais sont susceptibles d'éclairer les démarches de dimensionnement<br>This work fits in the context of the structural design under new sustainable development, health and safety criteria through material recovery to reduced environmental damage and promoting energy savings. This thesis focuses on the theoretical and experimental study of sandwich panels taking advantage of new generation textile - cement matrix composites: TRC ( Textile Reinforced Concrete). It is specifically the establishment of an analytical-numerical approach to predict the behavior of sandwich panels incorporating material non-linear behavior and compatible with different and complex loading combinations. Based on an experimental campaign both at the material and structure level, it was possible to validate the model by several criteria such as the ability approximate the global behavior (load deflection) but also the ability to reproduce the local deformations and failure modes. Finally, based on the experimental identification of the mechanical properties of aged sandwich panel components, by an accelerated aging procedure, simulations were made based on the previously validated model to assess the impact on the behavior and damage mechanisms of the studied structural element. It was possible to demonstrate the probability of the failure mode change accompanied with significant losses of the global properties such as the initial stiffness and bearing and deflection capacity. These results will be eventually subject of validation on natural-aged panels but are likely to inform the design approach