Etude numérique de la réparation de coques en aluminium par patch composite collé

Abstract

Dans ce travail, la méthode des éléments finis tridimensionnels a été utilisée pour déterminer les facteurs d’intensité de contrainte (FIC) au voisinage d’une fissure latérale dans une plaque en aluminium 6061-T6 réparée par un patch composite latéral collé. Les simulations numériques ont été réalisées sous le logiciel Abaqus en utilisant la méthode de l’intégrale de contour (Contour Integral). Une étude de convergence du maillage a été effectuée afin de garantir la fiabilité des résultats, lesquels ont été validés par comparaison avec des solutions analytiques issues de la littérature. L’analyse a porté sur une fissure latérale en mode I ainsi que sur une fissure inclinée en mode mixte, permettant la détermination des facteurs d’intensité de contrainte 𝐾𝐼 et 𝐾𝐼𝐼. Une étude paramétrique a été menée afin d’évaluer l’influence de la longueur de la fissure, de la hauteur du renfort composite, de l’épaisseur du patch et de l’adhésif, de l’orientation des plis ainsi que de la nature des matériaux constituant le patch composite et la colle. Les résultats obtenus montrent que la réparation par patch composite permet de réduire significativement les facteurs d’intensité de contrainte et de ralentir la propagation de la fissure. Cette réduction dépend fortement des caractéristiques géométriques du système de réparation et des propriétés mécaniques des matériaux mis en œuvre, soulignant l’importance de leur optimisation pour améliorer l’efficacité de la réparation. Mots-clés : Fissure latérale, Facteur d’intensité de contrainte (FIC), Réparation par collage, Patch composite, Adhésif, Méthode des éléments finis. Abstract In this study, the three-dimensional finite element method was used to determine the stress intensity factors (SIFs) for a lateral crack in a 6061-T6 aluminum plate repaired with a bonded lateral composite patch. The numerical simulations were carried out using Abaqus software, employing the contour integral method (Contour Integral). A mesh convergence study was performed to ensure the reliability of the results, which were validated by comparison with analytical solutions from the literature. The analysis was conducted for both a lateral crack under Mode I loading and an inclined crack under mixed-mode loading, enabling the determination of the stress intensity factors 𝐾𝐼 and 𝐾𝐼𝐼. A parametric study was performed to investigate the influence of crack length, composite reinforcement height, patch and adhesive thicknesses, ply orientation, and the material properties of the composite patch and the adhesive. The results obtained show that the composite patch repair significantly reduces the stress intensity factors and consequently slows down crack propagation. This reduction is strongly influenced by the geometric characteristics of the repair system and the mechanical properties of the materials used, highlighting the importance of optimising these factors to improve the effectiveness of the repair. Keywords: Lateral crack, Stress intensity factor (SIF), Bonded repair, Composite patch, Adhesive, Finite element method. ملخص شدة عوامل تحديد أجل من األبعاد ثالثية المحدودة العناصر طريقة استخدام تم ،العمل هذا في مركبة رقعة بواسطة إصالحها تم 6061-T6 األلمنيوم من صفيحة في جانبي شق من بالقرب اإلجهاد برنامج باستخدام العددية المحاكاة جريتُ التكامل طريقة على باالعتماد ABAQUS أ .ملصقة جانبية صحتها من التحقق تم والتي النتائج موثوقية ضمان بهدف الشبكة لتقارب دراسة اجراء تم كما. المحيطي .العلمية المراجع من مستمدة تحليلية بحلول مقارنتها خالل من سمح مما ،المختلط الوضع في مائل شق الى باإلضافة األول الوضع في جانبيا شقا التحليل شمل وارتفاع ،الشق طول تأثير لتقييم بارامترية دراسة أجريت وقد .KIIو KI االجهاد شدة معامالت بتحديد المكونة المواد طبيعة الى باإلضافة ،الطبقات واتجاه ،الالصقة والمادة الرقعة وسماكة ،المركبة الرقعة .الالصقة والمادة المركبة للرقعة شدة عوامل بتقليل يسمح مركبة رقعة بواسطة اإلصالح ان عليها المتحصل النتائج أظهرت لنظام والميكانيكية الهندسية المعامالت تأثير ابرزت كما .الشق انتشار وابطاء ملحوظ بشكل االجهاد .فعاليته على اإلصالح مادة ،مركبة رقعة ،باللصق اإلصالح ،اإلجهاد شدة معامل ،جانبي شق :المفتاحية الكلمات .المحددة العناصر طريقة ،الص