Caractérisations expérimentales et numériques de la dégradation par choc des réservoirs d'hydrogène à haute pression

摘要

Cette étude vise à développer des connaissances sur le comportement d’un réservoir à hydrogène en composite bobiné (fibre de carbone et résine epoxy) à haute pression soumis à des chocs en service, c'est-à-dire à étudier les endommagements générés ainsi que leur évolution et leurs conséquences en service. On a développé une approche de l’évolution des dommages induits par impact de type endommagement/propagation/rupture. Un modèle d’endommagement simule la dégradation progressive du matériau composite constituant le réservoir d’hydrogène. Le principe du modèle est de prédire l’endommagement dans chaque empilement unidirectionnel et de prendre en compte son effet sur la rupture macroscopique de la structure. Pour décrire la rupture progressive, une approche de type « analyse progressive de la rupture » a été utilisée. La validation du modèle d’endommagement se base sur les résultats d’essais sur des éprouvettes impactées. Deux méthodes différentes de tir laser et de « canon à air » sont comparées pour générer des endommagements représentatifs des chocs subis par les réservoirs. Une fois la technique d’endommagement sélectionnée, un ensemble d’essais de traction monotone et de charge – décharge répétée sur éprouvettes prélevées dans des cylindres bobinés a été réalisé afin de déterminer la tenue résiduelle de structures endommagées. Une fois validé sur éprouvette, le modèle est appliqué au comportement de réservoirs complets, avec différentes structures de composites. On estime la tenue résiduelle du réservoir par le calcul de la pression d’éclatement d’une part dans une configuration « saine » (pas d’impact) et d’autre part dans une configuration « impactée ». Des observations par micrographie de réservoirs impactés permettent d’identifier le type d’endommagement induit par choc. Cette morphologie de défauts est directement introduite dans le maillage éléments finis du réservoir. On note que la présence du défaut provoque une diminution de la pression d’éclatement d’environ 25%.