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ENPC-Lami (laboratoire Navier)

Etablissement: 
ECOLE NATIONALE DES PONTS ET CHAUSSEES
Equipe: 
COMPORTEMENT DES STRUCTURES HÉTÉROGÈNES
Mots clés méthodes: 
Modélisations multicouches et interfaces
Collage
Structures élancées
Composites pour le génie civil
Réparation renforcement
Transport
Sport et loisir
Mots clés matériaux: 
Sandwichs
Prepregs
Prototypes
Présentation Méthodes: 

L’équipe a forgé depuis 15 ans environ une compétence calcul, dimensionnement et élaboration de structures en matériaux composites, dans un premier temps plus proche des applications aéronautique, transport ou sport et loisir que de la construction. Le Lami a notamment développé des approches assez pointues sur les modèles multicouches, effets d’interfaces et de bord libres. Depuis 2001 environ, un recentrage sur les structures du génie civil s’est opéré. En complément des aspects réparation et renforcement de structures par matériaux composites, sont étudiés les ancrages de câbles, et des solutions structurelles innovantes mieux adaptées aux spécificités des matériaux composites.

Calcul de structures en matériaux multicouches :

Les Modèles Multiparticulaires de Modélisations Multicouches ou M4 développés au LAMI proposent de décrire les stratifiés à l'aide d'une particule (une cinématique) par couche. Ces approches (layer- wise) permettent une bonne description des champs sur l'épaisseur et notamment au niveau des interfaces, sites des endommagements. Le logiciel DEILAM (Détermination des Efforts d’Interface dans les Laminés) module de MAC LAM© calcule les effets de bords pour une multicouche. Des critères de délaminage prédictifs en contrainte maximale et en taux de restitution d'énergie ont été proposés, ainsi que la modélisation des phénomènes non linéaires qui limitent à certains types de multicouches, les analyses élastiques (glissement plastique à l’interface, collages ). Un élément fini M4 finalise les efforts en rendant accessible le calcul des effets de bords avec interface plastique pour un bureau d'étude. Il est basé sur le M4-5n et possède 5 degrés de liberté par couche. Il est donc un empilement de plaques de Reissner reliées par des efforts d'interface, cisaillements et arrachement. Cet élément fini permet l'étude de détail de n'importe quelle structure multicouche et notamment au voisinage d'un trou ou bord libre, également pour le dimensionnement d’assemblages collés avec prise en compte de la non linéarité de la colle.

Parallèlement, les modèles multiparticulaires sont très efficaces aussi pour le dimensionnement en raideur des plaques multicouches, en particulier pour les composites épais (sandwichs). Le cisaillement transverse est en effet bien pris en compte par les approches.

Réparation et renforcement d’ouvrages :

Selon une enquête réalisée par le SETRA, on recensait en 1995 plus de 30000 ouvrages de plus de cinq mètres de portée nécessitant une réhabilitation. Le renforcement à l’aide de matériaux composites s’avère être une technique très prometteuse pour répondre à ce problème, les matériaux composites présentant des caractéristiques mécaniques spécifiques très compétitives et une très grande facilité de mise en oeuvre. Une modélisation multiparticulaire basée sur le calcul à la rupture d’une dalle BA renforcée a été proposée qui ne considère pas de lois de comportement mais des critères de rupture qui portent sur les efforts généralisés dans les couches et aux interfaces. Plusieurs modes de rupture peuvent être décrits à partir de cette méthode ; plastification des aciers d’armature, rupture des composites, décollement du renfort composite avec ou sans le béton d’enrobage collé dessus. Le paramètre déterminé par le modèle est la force appliquée à la dalle provoquant la ruine de celle ci suivant le mécanisme de ruine prévu. La modélisation donne de bonnes prédictions du mode et de la charge de ruine obtenue expérimentalement 

Constructions innovantes en matériaux composites

Cette activité plus récente est dédiée aux structures innovantes pour le génie civil en matériaux composites. Deux types de structures élancées sont étudiées : poutres (passerelles…), et coques (dômes de type grid shell…). Les actions sont les suivantes :

  • Imaginer les solutions structurelles « sur-mesure » pour les composites
  • Transfert des acquis sur les matériaux composites et les contraintes spécifiques du GC (matériaux pultrudés, fluage et durabilité…) et développement d’outils de calculs de structures intégrant des non linéarités géométriques et de la recherche de forme (Méthode des densités de force et relaxation dynamique).
  • Modélisations de collages et conception d’ancrages pour le GC
  • Construction de maquettes et prototypes

Les structures grid shells : Les grid shells sont des structures coques discrètes à double courbure offrant une grande rigidité. Les composites ayant un allongement élastique important avant rupture peuvent être cintrés aisément et donc appropriés à ce type de construction. Plusieurs prototypes fibre de verre, construits ou en cours. 

Les structures de franchissement : Les passerelles envisagées mettent aussi à profit la flexibilité des matériaux pour la mise en forme et pour générer de la précontrainte améliorant raideur et stabilité de la structure.

Quelques publications
DIAZ DIAZ A., CARON J.F. Ehrlacher A., Analytical determination of the modes I,II and III energy release rates in a delaminated laminate and validation of a delamination criterion, Composites structures, Volume 78, Issue 3, May 2007, Pages 424-432
NGUYEN V.T., CARON J-F., A new finite element for free edge effect analysis in laminated composites, Computer and Structures , Volume 84, Issues 22-23, September 2006, Pages 1538-1546
CARREIRA R.P., CARON J.F., DIAZ DIAZ A. Model of multilayered materials for interface stresses estimation and validation by finite element calculations, Mechanics of Materials, Volume 34, Issue 4, pp. 217-230, April 2002.
CARON J.F., DIAZ DIAZ A.,CARREIRA R.P., CHABOT A., EHRLACHER A., Multiparticular modelling for the prediction of delamination in multilayer, Composites Science and Technology, Volume 66, Issue 6, May 2006, Pages 755-765.
CARON J.F., EHRLACHER A. Modelling the kinetics of transverse cracking in Composite laminates, Composite Science and Technology, 57, pp.1261-1270, 1997.
LIMAM O., FORET G., EHRLACHER A., RC two-way slabs strengthened with CFRP strips: experimental study and a limit analysis approach, Composite Structures, Volume 60, Issue 4, June 2003, Pages 467-471.
FORET G., LIMAM O., , Experimental and numerical analysis of RC two-way slabs strengthened with NSM CFRP rods Construction and Building Materials, In Press, Corrected Proof, Available online 18 September 2007.
DOUTHE C., BAVEREL O., CARON J-F, Form-finding of a grid shell in composite materials, J.of the Int. Ass. for shell and spatial structure, Vol. 47, No. 1, April 2006, n. 150, pp. 53-62
JULICH S., CARON J-F, BAVEREL O. Selfstressed Bowstring Footbridge in FRP, A paraître
Outils expérimentaux et numériques originaux
Enceintes thermiques
Halls d'élaboration (béton, élastomère, composites)
Machines de traction-compression-torsion mécaniques et hydrauliques (100 N à 100 kN)
Presse béton
Microscope Electronique à Balayage, caméra 10000 im/s
Observation microscopique in-situ
MacLam©, logiciel de calcul d’empilement, effets de bords
MPFEAP, code EF pour le calcul d’effets de bords
Direction du laboratoire: 
Secrétariat: 
Adresse(s) postale(s): 
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École des ponts
Rue:
6 et 8 avenue Blaise Pascal
Supplément:
Cité Descartes - Champs-sur-Marne
Code postal:
77455
Ville:
Marne la Vallée cedex 2