Approche numérique et expérimentale pour l'étude du comportement et de la tenue de liaisons collées de matériaux composites PDF Download

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Pages : 296

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Author: Robert D. Adams
Publisher: Elsevier
ISBN: 1845690753
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 560

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This important collection reviews key research on adhesive behaviour and applications in sectors as diverse as construction and automotive engineering. The book is divided into three main parts: fundamentals, mechanical properties and applications. Part one focuses on the basic properties of adhesives, surface assessment and treatment. Part two concentrates on understanding how adhesives perform under stress and the factors affecting fatigue and failure. The final part of the book reviews industry specific applications in areas such as building and construction, transport and electrical engineering.With its distinguished editor and international team of contributors, Adhesive bonding is a standard reference for all those concerned with the industrial application of adhesives. Essential information for all those concerned with the industrial application of adhesives This important collection examines adhesives and adhesive bonding for load-bearing applications Arranged in a user-friendly format with three main sections: fundamentals, generic uses and industry specific applications

Author: Adadé Seyth Ezéckiel Amouzou
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Languages : fr
Pages : 0

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Les matériaux composites carbone/époxy sont largement utilisés dans le domaine aéronautique et le transport terrestre. Ces matériaux sont souvent soumis à des conditions d'utilisation de plus en plus sévères. Ils doivent notamment résister à des impacts multiples résultant par exemple de la pluie de grêle, d'impact d'objets tels que des gravillons, du ballast, voire d'oiseaux.Afin d'offrir aux concepteurs de structures composites des éléments de dimensionnement pertinents en regard de l'impact, ce travail s'intéresse dans un premier temps à l'étude expérimentale de la tolérance aux multi-impacts de différentes stratifications (QIQH45, QIQH60, AERO) à différentes énergies d'impacts (10J, 15J, 20J). Deux paramètres de dimensionnement D et d ont été introduits à partir des courbes force-déplacement. L'étude de ces deux paramètres a notamment permis de définir une hiérarchie parmi les stratifications étudiées en regard du niveau de l'endommagement.L'évaluation des surfaces délaminées par contrôle ultrasonore (C-Scan) a montré que le paramètre D est particulièrement représentatif de l'endommagement d'impact et ce quel que soit le nombre d'impact imposé au matériau.Une analyse incrémentale du contrôle ultrasonore a permis de mettre en évidence la morphologie de l'endommagement dans la profondeur du matériau en mettant en évidence l'importance de la stratification.Dans un deuxième temps, une approche numérique par élément fini a été réalisée. Cette étude a permis de développer un modèle numérique de multi-impacts en utilisant le logiciel LS-Dyna. Cette simulation numérique simule avec succès l'évolution de l'endommagement au fils des impacts. Les résultats de la simulation présentent une bonne corrélation avec ceux déterminés expérimentalement.

Author: David Delorme
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Languages : fr
Pages : 160

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CE TRAVAIL EST UNE CONTRIBUTION A L'ETUDE DES COMPOSITES A MATRICE ELASTOMERE. L'APPLICATION INDUSTRIELLE PROPOSEE PAR EUROCOPTER-FRANCE PORTE SUR LE BRAS ELASTOMERIQUE, STRUCTURE ELANCEE CONSTITUEE D'UNE CENTAINE DE BAGUETTES EN COMPOSITE UNIDIRECTIONNEL NOYEES DANS DE L'ELASTOMERE. LES HETEROGENEITES ET LA GEOMETRIE DE LA PIECE POSENT DES PROBLEMES AUX METHODES HABITUELLES DE LA MODELISATION, QUE CE SOIT PAR UNE METHODE ELEMENTS-FINIS DIRECTE OU LA DISCRETISATION CONDUIT A UN TRES GRAND NOMBRE DE DEGRES DE LIBERTE, OU PAR UNE METHODE D'HOMOGENEISATION DONT LE DOMAINE DE VALIDITE EST LIMITE. A TRAVERS UN EXEMPLE REPRESENTATIF OU L'ON FAIT VARIER DIFFERENTS PARAMETRES (NOMBRE DE CELLULES DE BASE, ELANCEMENT DE LA STRUCTURE, RIGIDITE DE L'ELASTOMERE), LES LIMITES DE L'HOMOGENEISATION PERIODIQUE CLASSIQUE APPARAISSENT CLAIREMENT. L'ORIGINALITE DE CE TRAVAIL EST LA PRISE COMPTE D'UN ORDRE SUPERIEUR DES DEVELOPPEMENTS ASYMPTOTIQUES, AINSI QUE DES TERMES DE COUCHES LIMITES AUX EXTREMITES DE LA STRUCTURE. L'APPLICATION DE CES TERMES CORRECTEURS, DETERMINES A PARTIR DE LA RESOLUTION DE NOUVEAUX PROBLEMES MICROSCOPIQUES ET MACROSCOPIQUES, ETEND GRANDEMENT LE DOMAINE DE VALIDITE DE LA METHODE. L'OBTENTION DE RESULTATS DE REFERENCE NECESSITE LA RESOLUTION DU PROBLEME REEL PAR UNE METHODE DIRECTE. UNE ADAPTATION ORIGINALE DE LA TECHNIQUE DE SOUS-STRUCTURATION MULTI-NIVEAUX EST MISE EN OEUVRE POUR EXPLOITER LE PLUS POSSIBLE LES PARTICULARITES DE LA STRUCTURE: SON INVARIANCE SUIVANT UNE DIRECTION ET LE CHARGEMENT UNIQUEMENT A SES EXTREMITES. LA RIGIDIFICATION DE LA STRUCTURE DUE AUX EFFORTS CENTRIFUGES IMPORTANTS EST TRAITEE PAR LA PRISE EN COMPTE DE LA MATRICE DE PRECONTRAINTE A CHAQUE NIVEAU DE SOUS-STRUCTURATION ET L'AMORTISSEMENT STRUCTURAL EST DETERMINE PAR UNE APPROCHE ENERGETIQUE A PARTIR DE L'ENERGIE ELASTIQUE EMMAGASINEE PAR L'ELASTOMERE. CETTE APPROCHE EST VALIDEE PAR UNE ETUDE COMPARATIVE ENTRE LES RESULTATS NUMERIQUES ET DES ESSAIS EXPERIMENTAUX.

Author: SEGBEHOUIGNAN LOUIS.. DAGBA
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GRACE A DE LEUR RESISTANCE SPECIFIQUE MEILLEURE QUE CELLE DES MATERIAUX METALLIQUES, LES MATERIAUX COMPOSITES SONT DE PLUS EN PLUS UTILISES DANS LA CONSTRUCTION MECANIQUE. EN OUTRE, L'UTILISATION DES TISSUS COMME RENFORTS PERMET UNE MEILLEURE INTEGRITE STRUCTURELLE ET CETTE CARACTERISTIQUE EST UTILISEE POUR ABSORBER L'ENERGIE LORS D'UN CHOC. L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL EST D'ETUDIER NUMERIQUEMENT LE COMPORTEMENT DE PLAQUES COMPOSITES TISSEES SOLLICITEES EN TRACTION DYNAMIQUE. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX ONT MONTRE UNE MEILLEURE TENUE EN ABSORPTION D'ENERGIE DANS LE CAS D'UN RENFORT HYBRIDE VERRE/KEVLAR. NOUS UTILISONS DES ELEMENTS DE LA MECANIQUE DES MATERIAUX COMPOSITES ET DE LA MECANIQUE DE LA RUPTURE POUR DONNER UNE EXPLICATION PRECISE DU PHENOMENE OBSERVE EXPERIMENTALEMENT. UNE APPROCHE NUMERIQUE, UTILISANT LES MODELES DE COMPORTEMENT IMPLEMENTES DANS LES CODES DE CALCUL PAM - CRASH ET DYNA3D, A PERMIS DE MONTRER LA LIMITE DE VALIDITE DES MODELES D'ENDOMMAGEMENT A MODULE REDUIT ET DE RUPTURE PROGRESSIVE. EN EFFET, LA PLUPART DE CES MODELES SONT BASES SUR L'HYPOTHESE D'ENDOMMAGEMENT HOMOGENE ; CE QUI ENTRAINE UNE IMPOSSIBILITE DE REPRESENTER LES PHENOMENES LOCAUX, TELS QUE LA SORTIE D'UN TORON DE FIBRES DE SA GAINE MATRICIELLE. L'ETUDE DES CRITERES D'ENDOMMAGEMENT ET DE RUPTURE UTILISES DANS LES COMPOSITES MONTRE QUE POUR LA PLUPART, ILS SONT INADAPTES A NOTRE CAS D'ETUDE ET NE PEUVENT REFLETER LE COMPORTEMENT REEL DU COMPOSITE TISSE. NOUS AVONS, DONC, PROPOSE, IMPLEMENTE ET VERIFIE UN MODELE NUMERIQUE QUI PERMET DE REPRESENTER D'UN POINT DE VUE GLOBAL LES PHENOMENES PHYSIQUES IMPORTANTS DANS L'ABSORPTION D'ENERGIE D'UN MILIEU COMPOSITE TISSE

Author: Cheick Ahmed Hyacinthe Sawadogo
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Les travaux de cette thèse concernent l'étude expérimentale du comportement en fatigue de matériaux composites sous trois angles différents qui sont la détection et la caractérisation du délaminage, le comportement en fatigue sous sollicitations multiaxiales et enfin l'étude de structures semi-industrielles. Dans un premier temps, une étude bibliographique complétée par une étude expérimentale permet de mettre en évidence que le délaminage est un mode d'endommagement très sévère pour les composites stratifiés et qu'il est nécessaire d'avoir un indicateur fiable de l'endommagement dans les matériaux composites. Dans le second chapitre, le délaminage est étudié en utilisant deux techniques non destructives : l'imagerie ultrasonore et la thermographie infrarouge. L'utilisation de ces deux méthodes couplées à des observations macroscopiques ont permis une évaluation satisfaisante du délaminage. Le troisième chapitre aborde l'étude d'un matériau composite isotrope sous sollicitations multiples monotones et cycliques. Une éprouvette cruciforme a été conçue et fabriquée de manière optimale pour étudier l'influence de l'ajout d'une contrainte moyenne issue d'un effort constant perpendiculaire à l'effort cyclique appliqué, sur le comportement en fatigue. Les résultats des essais ainsi qu'une modélisation numérique ont montré qu'il n'y avait pas d'influence. Le dernier chapitre étudie le comportement en fatigue en flexion trois points d'une éprouvette sandwich utilisée dans le domaine du ferroviaire. Une étude expérimentale et une modélisation numérique ont permis de mettre en évidence l'influence des joints de colle sur le comportement de ce type de matériaux. Les premiers résultats en fatigue sont présentés.

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Pages : 140

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Les tisseurs "interlock 2.5D" appartiennent à la famille des composites tridimensionnels. Ils apparaissent pour les applications avancées (aéronautiques, spatial, automobile,...) à cause de leurs avantages sur les tisseurs bidimensionnels, surtout en ce qui concerne les bonnes propriétés mécaniques dans la troisième direction (Z). La modélisation des propriétés mécaniques de ce type de composites peut être faite à l'aide de modèles numériques ou analytiques. L'évaluation des propriétés mécaniques par une étude expérimentale donne des résultats plus précis en comparant avec ceux obtenus par les modèles numériques, or le cout important consommé des machines et les échantillons réels des matériaux utilisés, impose la recherche d'une méthode numérique fiable. Partant de ce constat, une nouvelle méthodologie de construction du maillage du volume élémentaire représentatif 'VER' est proposée. La technique consiste à mailler en tétraèdres la matrice (de comportement isotrope) et en hexaèdres les mèches (de comportement isotrope transverse). Afin de réaliser la discrétisation, un modèle géométrique est développé à partir de mesures prises par photomicrographie sur un matériau fourni par une société aéronautique. Le logiciel industriel "Ansys Academic Associate" est utilisé pour résoudre le problème. Des délaminages possibles sont pris en compte grâce à des interfaces de contact. Les rigidités, dépendantes de ces endommagements possibles, sont déterminées dans les trois directions et sont comparées avec les résultats expérimentaux (suivant la direction de trame Y pour le Tisseur4-69) et un modèle analytique. Au-delà des résultats satisfaisants pour le comportement élastique (en accord avec les résultats expérimentaux), le domaine endommagé par un délaminage apparaît correctement décrit, en ayant recours à une approche cohésive privilégiant les concepts de la Mécanique Linéaire Elastique de la Rupture, associés aux sollicitations des Modes I et II.

Author: Matteo Minervino
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Pages : 213

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L’oxydation conduit à une modification des propriétés mécaniques de la matricepolymère, associée à sa fragilisation, et à la création de déformations résiduelles (retrait) qui induisent l'amorçage et le développement d'endommagements. Avec l’objectif de prévoir l’amorçage de ces endommagements, il est nécessaire de calculer l’état des contraintes à différentes échelles du matériau vieilli. Il faut donc disposer demodèles de comportement du polymère et du composite dépendant du niveau d’oxydation. Deux types de difficultés se présentent : l’une associée à la nature locale de ce phénomène, difficilement captée par des essais classiques (traction, compression...) et l’autre de par l’aspect visqueux du comportement mécanique, qui doit être identifié sur les temps courts et les temps longs. Ce travail – conduit dans le cadre du programme COMPTINN' – est consacré à l'étude des effets de la thermo oxydation sur le comportement mécanique de deux polymères (une résine Epoxy et une résine Polyimide) et des composites associés (à fibres de carbone), ainsi qu'à la caractérisation de l'amorçage des endommagements induits par la thermooxydation de la matrice. Cette étude se compose de trois parties : mise en place d'une nouvelle méthodologie numérique/expérimentale pour l'analyse des effets de la thermo oxydation sur le comportement mécanique local du polymère et le développement d'une loi constitutive appropriée ; mise en place d'une nouvelle approche numérique/expérimentale pour le calcul du champ des retraits matriciels sur la surface des composites UD, conduisant, au cours du vieillissement, à l’amorçage des décohésions fibre/matrice ; développement d'une technique expérimentale pour l'étude de l'interaction mécanique/oxydation au cours d'essais de fatigue de composites stratifiés.

Author: Lionel Marcin
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De par leur bonne tenue à l'impact, les matériaux composites tissés sont de bons candidats pour la conception de pièces aéronautiques. Toutefois, le manque de confiance dans les modèles se traduit par de lourdes campagnes expérimentales. L'augmentation de la part de simulation numérique et donc la réduction des coûts de certification passent par le développement d'outils permettant de dimensionner au plus juste les structures composites tissées à matrice organique (CMO) ou céramique (CMC). C'est dans ce cadre que s'inscrit cette thèse. Les formulations proposées par l'Onera a?n de décrire l'e?et de l'endommagement matriciel ont été adaptées et étendues pour prendre en compte les spéci?cités des matériaux de notre étude, en particulier la viscosité pour les CMO. Des essais sur pièces génériques ont été simulés et confrontés à l'expérience dans le but d'évaluer la pertinence des modèles développés. Ces comparaisons en partie validantes ont mis en évidence les limites des modèles dans le cadre de l'analyse de la tenue d'une structure présentant un gradient de contrainte. A?n d'améliorer les prévisions des simulations, les effets de la rupture progressive ont été pris en compte dans les formulations. Pour s'affranchir de la localisation numérique de l'endommagement, une approche originale de régularisation couplant modélisation non locale de l'endommagement et taux d'endommagement limité a été développée. Les confrontations essai/calcul ont mis en évidence l'apport d'une modélisation plus ?ne des mécanismes d'endommagement et de rupture sur l'étude de la tenue de la structure. Compte tenu des nombreuses sources d'incertitudes, quelle confiance accorder à la simulation ? Pour répondre à cette question, l'effet des incertitudes sur des quantités d'intérêts (contrainte à rupture) a été évalué. Par ailleurs, une analyse de sensibilité (décomposition de variance) a été entreprise pour l'étude de faisabilité d'une démarche de capitalisation. Dans l'optique d'une démarche d'analyse de la tolérance aux défauts, l'efficacité de notre approche à traiter diverses singularités (taille, forme) est démontrée. En?n, les limites de la modélisation macroscopique sont discutées.

Author: Purimpat Satthumnuwong
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Pages : 157

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L’assemblage des matériaux composites par collage présente des avantages incontestés par rapport à d’autres méthodes telles que le boulonnage ou le rivetage. Cependant, la principale difficulté que rencontrent les concepteurs est celle de la prévision du niveau et du mode de rupture de ces collages. Dans le cas des composites stratifiés, un des facteurs influents sur le comportement des joints collés est la séquence d'empilement, mais les travaux présentés dans la littérature ne séparent pas les effets globaux (modification des rigidités de membrane et de flexion) et les effets locaux (orientation des plis au contact de la colle). La présente étude s'intéresse à la caractérisation de ces effets dans le cas de joints de type simple recouvrement de stratifiés carbone/epoxy. Pour isoler les effets locaux, des séquences d'empilement spécifiques quasi isotropes quasi homogènes sont utilisées. A propriétés de raideur globale égales, des différences de résistance de plus de 30% sont observées selon les séquences considérées. Les essais réalisés avec un stratifié symétrique anisotrope en flexion montrent également que la raideur en flexion joue un rôle important dans le comportement des joints. Les modèles analytiques utilisés prédisent les effets globaux avec une bonne précision mais sont inappropriés lorsque des phénomènes locaux se produisent. Une approche par éléments finis permet de prendre en compte ces phénomènes, en modélisant explicitement les plis au contact de la colle et en rendant possible le décollement interlaminaire de ces plis à l'aide d'un modèle de zone cohésive. Cette modélisation est mise en œuvre pour réaliser une étude paramétrique de la géométrie du joint et pour produire une enveloppe de rupture en fonction de la direction de sollicitation.