Study of damages on carbon fibers / polyamide composite structures: application for the manufacturing of type IV high pressure gas storage vessels - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2011

Study of damages on carbon fibers / polyamide composite structures: application for the manufacturing of type IV high pressure gas storage vessels

Étude des mécanismes d'endommagement des composites fibres de carbone / matrice polyamide : application à la réalisation de réservoirs de stockage de gaz sous haute pression de type IV

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Abstract

Among the different technologies of hydrogen storage, compressed gaseous storage seems to the most mature. Recent developments aim at reducing cost and improving vessels performances and safety. Up to now, the design of structures is carried out considering the initial mechanical properties of the materials and empirical safety coefficients. Thus, material durability and damage resistance are scarcely taken into account during the design step. This study aims not only at increasing the understanding level of damage processes occurring in carbon fibers / polyamide (6 and 12) composite structures for their taking into account during vessels design, but also at identifying material and manufacturing parameters, that can influence structures and properties. In a first step, the mechanical behavior of undamaged materials is analyzed. Then, experimental study correlated with finite elements simulations is realized to determine the kinetics of three damage processes and evaluate their influence on laminates mechanical behavior evolution. In a third step, a filament winding process is developed and the influence of processing parameters on materials structure and properties is assessed. Finally, design of vessels taking into account damages are done to evaluate their influence.
Parmi les différentes technologies de stockage de l'hydrogène, le stockage gazeux sous haute pression apparaît comme la plus mature. Les développements effectués récemment visent à réduire les coûts et améliorer les performances et la sécurité des réservoirs. A l'heure actuelle, le dimensionnement de ces structures est effectué en considérant les propriétés initiales des matériaux et en se basant sur des coefficients de sécurité empiriques ou arbitraires. Les aspects durabilité et résistances à l'endommagement sont rarement pris en compte dans le dimensionnement. Cette étude vise non seulement à développer les connaissances sur les mécanismes d'endommagement des structures composites fibres de carbone / polyamide (6 et 12) pour leur prise en compte dans le dimensionnement des réservoirs mais aussi à identifier les paramètres matériaux et procédés susceptibles d'avoir une influence sur la structure et les propriétés. Dans un premier temps, le comportement mécanique vierge des matériaux est analysé. Ensuite, une étude expérimentale corrélée à des calculs par éléments finis est menée pour déterminer les cinétiques de trois modes d'endommagement et évaluer leur conséquence sur le comportement du stratifié. Dans un troisième temps, un procédé d'enroulement filamentaire est développé et l'influence des paramètres clefs sur la structure et les propriétés des matériaux est mise en évidence. Enfin, des dimensionnements de réservoirs sont réalisés en tenant compte des mécanismes d'endommagement et évaluer leur influence sur le comportement.
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Dates and versions

pastel-00656807 , version 1 (05-01-2012)

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  • HAL Id : pastel-00656807 , version 1

Cite

Cédric Thomas. Étude des mécanismes d'endommagement des composites fibres de carbone / matrice polyamide : application à la réalisation de réservoirs de stockage de gaz sous haute pression de type IV. Matériaux. École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2011. Français. ⟨NNT : 2011ENMP0035⟩. ⟨pastel-00656807⟩
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