Comportement à la rupture d'un composite à fibres végétales PDF Download
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Author: Adem Alia Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 229
Book Description
L'objectif de cette thèse est la caractérisation du comportement mécanique et de l'endommagement d'un composite tissé jute/polyester. Les fibres végétales constituent en effet une alternative écologique intéressante à l'utilisation des fibres synthétiques, en particulier les fibres de verre qui sont les plus utilisées pour les pièces composites de grande diffusion. Le composite est développé au sein du laboratoire LMNM à l'IOMP, Sétif, Algérie. Deux orientations ([0]8 et [+45/-45]2S) sont considérées. La caractérisation mécanique est effectuée en traction et compression monotones ainsi qu'en fatigue cyclique. Les caractérisations mécaniques et microstructurales sont réalisées au sein du laboratoire MATEIS. L'étude de l'endommagement des composites est réalisée en combinant cinq techniques : l'évolution des paramètres mécaniques via des essais cyclés et de fatigue, la microscopie, l'émission acoustique (EA), la corrélation d'images et la micro-tomographie RX. L'étude de l'évolution des paramètres mécaniques accompagnée de l'analyse globale de l'EA fournit des premiers indicateurs quant au développement de l'endommagement lors des essais. Les analyses microstructurales permettent d'identifier finement les différents mécanismes d'endommagement qui surviennent lors des sollicitations mécaniques (décohésions fibre/matrice, fissurations matricielles et rupture de fibres). Pour la segmentation des signaux d'émission acoustique en traction et en compression monotones, une classification non-supervisée est utilisée en mettant l'accent sur le choix des descripteurs et sur la labellisation des classes obtenues. Des essais de traction instrumentés par corrélation d'images ainsi que des essais de traction in-situ sous tomographe permettent d'identifier la chronologie d'apparition de l'endommagement. Ces résultats permettent également de labelliser les classes obtenues. Les signaux labellisés servent ensuite à créer une bibliothèques pour identifier la chronologie d'évolution des modes d'endommagement en fatigue cyclique réalisée par classification supervisée. Enfin, toutes ces analyses ont permis d'établir des scénarios d'endommagement pour les différents modes d'endommagement et pour les deux orientations. Il est ainsi possible de reconsidérer l'élaboration pour optimiser les propriétés mécaniques.
Author: Adem Alia Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 229
Book Description
L'objectif de cette thèse est la caractérisation du comportement mécanique et de l'endommagement d'un composite tissé jute/polyester. Les fibres végétales constituent en effet une alternative écologique intéressante à l'utilisation des fibres synthétiques, en particulier les fibres de verre qui sont les plus utilisées pour les pièces composites de grande diffusion. Le composite est développé au sein du laboratoire LMNM à l'IOMP, Sétif, Algérie. Deux orientations ([0]8 et [+45/-45]2S) sont considérées. La caractérisation mécanique est effectuée en traction et compression monotones ainsi qu'en fatigue cyclique. Les caractérisations mécaniques et microstructurales sont réalisées au sein du laboratoire MATEIS. L'étude de l'endommagement des composites est réalisée en combinant cinq techniques : l'évolution des paramètres mécaniques via des essais cyclés et de fatigue, la microscopie, l'émission acoustique (EA), la corrélation d'images et la micro-tomographie RX. L'étude de l'évolution des paramètres mécaniques accompagnée de l'analyse globale de l'EA fournit des premiers indicateurs quant au développement de l'endommagement lors des essais. Les analyses microstructurales permettent d'identifier finement les différents mécanismes d'endommagement qui surviennent lors des sollicitations mécaniques (décohésions fibre/matrice, fissurations matricielles et rupture de fibres). Pour la segmentation des signaux d'émission acoustique en traction et en compression monotones, une classification non-supervisée est utilisée en mettant l'accent sur le choix des descripteurs et sur la labellisation des classes obtenues. Des essais de traction instrumentés par corrélation d'images ainsi que des essais de traction in-situ sous tomographe permettent d'identifier la chronologie d'apparition de l'endommagement. Ces résultats permettent également de labelliser les classes obtenues. Les signaux labellisés servent ensuite à créer une bibliothèques pour identifier la chronologie d'évolution des modes d'endommagement en fatigue cyclique réalisée par classification supervisée. Enfin, toutes ces analyses ont permis d'établir des scénarios d'endommagement pour les différents modes d'endommagement et pour les deux orientations. Il est ainsi possible de reconsidérer l'élaboration pour optimiser les propriétés mécaniques.
Author: Alessandra Del Masto Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 233
Book Description
Bien que les matériaux composites renforcés par fibres végétales (PFCs) représentent une solution attractive pour la conception de structures légères, performantes et à faible coût environnemental, leur développement nécessite des études approfondies concernant les mécanismes à la base du comportement non-linéaire en traction exprimé, ainsi que de la variabilité des propriétés mécaniques. Compte tenu de leur caractère multi-échelle, ces travaux de thèse visent à contribuer, via une approche numérique, à l'étude de la propagation de comportement à travers les échelles des PFCs. Dans un premier temps, l'étude se focalise sur l'échelle fibre : un modèle 3D de comportement de la paroi est d'abord implémenté dans un calcul EF, afin d'établir l'influence de la morphologie de la fibre sur le comportement exprimé. Une fois l'impact non négligeable de la morphologie déterminé, une étude des liens entre morphologie, matériau et ultrastructure et comportement en traction est menée via une analyse de sensibilité dans le cas du lin et du chanvre. La deuxième partie du travail es dédiée à l'échelle du pli de composite. Une nouvelle approche multi-échelle stochastique est développée et implémentée. Elle est basée sur la définition d'un volume élémentaire (VE) à microstructure aléatoire pour décrire le comportement du pli. L'approche est ensuite utilisée pour étudier la sensibilité du comportement du VE aux paramètres nano, micro et mésoscopiques. L'analyse de sensibilité, menée via le développement de la réponse sur la base du chaos polynomial, nous permet ainsi de construire un métamodèle du comportement du pli.
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Cette étude a porté sur le comportement à rupture d'un composite à fibres SiC et matrice LAS sous sollicitations statiques et dynamiques. Une caractérisation microstructurale permet d'accéder aux principaux paramètres qui gouvernent le comportement du composite: la résistance des fibres se situe entre 500 et 1700 MPa selon les nuances et la contrainte de cisaillement interfaciale entre 2 et 25 MPa. Les essais de caractérisation quasi-statique classent les nuances en deux familles, les composites quasi-fragiles, aux performances très faibles, et les composites non fragiles. Les caractéristiques, mesurées en flexion trois points, s'échelonnent de 200 à 650 MPa en contrainte à rupture et de 2 à 75 kJ.m-2 en énergie de rupture. La caractérisation en régime de sollicitation dynamique fait appel à des essais de flexion trois points dynamique. Le dispositif expérimental, basé sur le principe des barres d'Hopkinson, est analysé. Ces essais donnent accès aux valeurs de contrainte et d'énergie de rupture dynamiques, qui sont plus élevées que les valeurs statiques dans le cas des matériaux les plus fragiles et du même ordre pour les matériaux les plus résistants. Les valeurs mesurées sont discutées à la lumière de l'observation microfractographique et de modèles adaptés. Les variations de comportement entre régime statique et régime dynamique sont attribuées à des variations de comportement de l'interface fibre-matrice en fonction de la vitesse de glissement interfacial. La conclusion principale de l'étude porte cependant sur la faible différence entre les performances statiques et dynamiques des composites SiC-LAS, cette différence étant surtout sensible sur les nuances les moins performantes
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L'industrie des matériaux composites ne cesse d'évoluer et de croître en mettant en place de nouveaux matériaux et de nouvelles technologies. En substitution des matériaux d'origine fossile que les matériaux d'origine naturelles (et surtout végétales) commencent à voir le jour. C'est dans ce contexte que notre travail de recherche est proposé. Il s'intéresse à la caractérisation du comportement mécanique d'un composite à matrice Polypropylène, renforcé avec des fibres de Chanvre et du bois de Chanvre (Chènevotte). Les différents moyens et techniques de caractérisation, utilisés par la présente étude, ont montré que ces nouveaux matériaux sont dotés de propriétés, en particulier mécaniques, de haut niveau, qui viennent rivaliser avec celles des autres composites classiques à base de fibres de verre et de carbone.Les essais expérimentaux en statique et de fatigue, ont révélé beaucoup de détails en comparaison avec d'autres matériaux composites. Ces informations ont permis de créer une sorte de base de données qui pourra servir de référence pour d'autres composites de la même famille à base de fibres végétales. Ainsi, des mécanismes d'endommagement ont été mis en évidence grâce aux essais mécaniques (traction monotone, charge-décharge, ...) associés à des observations microscopiques (Microscope Electronique à Balayage), et à des outils de détection du dommage basés sur l'émission acoustique. Par le biais de cette technique, nous avons pu apprécier la qualité et l'importance de l'interface fibre/matrice qui est un paramètre fondamental pour la présente étude et pour la détermination de la loi de comportement du composite.La modélisation micromécanique a été intégrée dans ce travail de thèse, grâce au modèle de Mori-Tanaka. Le comportement des matériaux à l'endommagement n'a pas été pris en considération ; seule l'élasticité a été étudiée. A l'aide de ce modèle, nous avons pu remonter aux propriétés intrinsèques des constituants (le module d'élasticité longitudinale des renforts: Chanvre et Chènevotte).
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LE PRESENT TRAVAIL VISE A APPORTER UNE CONTRIBUTION A L'ETUDE DU COMPORTEMENT MECANIQUE EN RIGIDITE ET A RUPTURE D'UN MATERIAU COMPOSITE FIBRES-CIMENT. LA PREMIERE PARTIE, A CARACTERE BIBLIOGRAPHIQUE, POSITIONNE LA RECHERCHE TANT DU POINT DE VUE SCIENTIFIQUE QUE TECHNOLOGIQUE: DIFFICULTES DE CARACTERISATION DE CES MATERIAUX HETEROGENES, DIFFICULTES DE MODELISATION DU COMPORTEMENT EN DEFORMATION DES STRUCTURES METTANT EN UVRE CES COMPOSITES, DIFFICULTES DE MISE EN UVRE DE CES MATERIAUX DANS LE CONTEXTE CLASSIQUE DU GENIE CIVIL. LA SECONDE PARTIE EST CONSACREE A L'ELABORATION DE TECHNIQUES EXPERIMENTALES ORIGINALES APTES A IDENTIFIER LES DIFFERENTES CONSTANTES ELASTIQUES ET LE COMPORTEMENT EN RIGIDITE DES COMPOSITES FIBRES-CIMENT. DANS LE CAS DE FORMULATIONS DE COMPOSITES MODELES ELABOREES SUIVANT DES PROCEDURES DE TRANSFORMATIONS INDUSTRIELLES, L'ANALYSE EXPERIMENTALE EST PARTICULIEREMENT ORIGINALE VIS-A-VIS DE L'ETUDE DU COMPORTEMENT EN DEFORMATION DE PLAQUES SOUMISES A DES CHARGEMENTS MULTIAXIAUX ET VIS-A-VIS DE LA REPRESENTATION GRAPHIQUE POLAIRE APTE A DECRIRE LES FACTEURS D'ANISOTROPIE PROPRES AU MATERIAU. VIS-A-VIS DE LA RUPTURE, APRES UNE ANALYSE FINE DES MECANISMES D'ENDOMMAGEMENT OU DES CAUSES DE RUINES DES COMPOSITES FIBRES-CIMENT, LA RECHERCHE PORTE SUR LA VALIDATION D'UN ELEMENT FINI FISSURANT APTE A MODELISER LE COMPORTEMENT ULTIME DES COMPOSITES DOUES D'UN COMPORTEMENT FRAGILE SOUMIS A DES CONDITIONS DE CHARGEMENT UNI ET MULTI-AXIAL. LA DERNIERE PARTIE, SYNTHESE ET CONCLUSION, EST CONSACREE A L'ANALYSE CRITIQUE DES METHODES EXPERIMENTALES ET NUMERIQUES MISES EN UVRE, A UNE CONFRONTATION DE LA PERFORMANCE DE CES METHODES VIS-A-VIS DE CELLES RETENUES A PARTIR DE L'ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
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Ce travail vise à étudier le comportement mécanique des composites renforcées par des fibres de lin ainsi que le comportement mécanique et hydrique des composites hybrides. Un taux de porosité élevée observée chez ces matériaux conduit à une dégradation des propriétés mécaniques. Des essais de traction et de flambement avec suivi par émission acoustique ont permis d'identifier les mécanismes d'endommagements qui règnent dans ces matériaux et à mettre en évidence leur chronologie d'apparition. Des observations microscopiques des faciès de rupture ont permis de valider ces résultats. Une optimisation des propriétés mécaniques et notamment en termes de réduire le taux de porosité a été testée et ceci en insérant des fibres de carbone dans la structure. Les résultats ont montré que la position des fibres de carbone est primordiale dans l'amélioration des propriété hydrique et mécaniques.
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Les résines polyester sont des polymères denses habituellement utilisés comme matrice dans de nombreuses applications industrielles. Elles ont pour avantage leurs excellentes propriétés mécaniques et chimiques, leur bonne résistance au vieillissement et d’un point de vue économique, un faible prix de revient. En outre, on peut les renforcer par des fibres et obtenir ainsi un matériau composite dont les propriétés mécaniques dépendent étroitement de la nature, la taille, la dispersion des fibres. Le plus souvent, on utilise des fibres synthétiques telles que les fibres de verre ou de carbone. Cependant depuis quelques années, on tend à leur substituer des fibres végétales. Nous avons étudié dans ce mémoire le comportement perméamétrique et mécanique d'un matériau composite constitué d’une matrice polyester insaturé renforcé par des fibres de lin. Celles-ci ont été retenues pour leur faible coût, leur densité réduite et surtout leurs bonnes propriétés mécaniques. Par contre leur forte sensibilité à l’eau peut conduire un vieillissement hydrolytique prématuré. L’application de fibres naturelles comme renfort dans les matériaux composites implique une faible sensibilité à l’humidité ainsi qu’une forte adhésion entre les fibres et la matrice synthétique. Différents traitements peuvent être réalisés afin d’optimiser l’interface. Dans notre étude, deux traitements ont été réalisés sur les non-tissés de fibres dans le but d’une part, d’augmenter leur résistance à l’eau, par le biais d’un traitement autoclave à la vapeur d’eau et d’autre part d’améliorer leur adhésion avec la matrice à l’aide d’un traitement par plasma froid. L’efficacité des traitements a été mise en évidence par des mesures de perméation à l’eau et des tests de traction. Les résultats de perméation montrent que l’introduction du renfort conduit à une augmentation du coefficient de perméabilité ainsi que la diffusivité comparativement à la résine seule. Le traitement plasma conduit à une baisse de la perméabilité du composite qui s’explique par une baisse de la diffusivité. La résistance à l’eau des fibres a augmenté après traitement autoclave. Les tests mécaniques ont montré une augmentation du module d’élasticité, E, après introduction des fibres. De même les composites renforcés par des fibres traitées plasma ont un module d’élasticité supérieur aux à ceux renforcés par des fibres de lin natives. Des images de microscopie électroniques à balayage confirment l’amélioration de l’adhésion après traitement plasma.
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ON ETUDIE L'ACCROISSEMENT DE TENACITE DE CERAMIQUES RENFORCEES PAR DES FIBRES EN FONCTION DU MODE DE FABRICATION. LES COMPOSITES AL::(2)O::(3)/AL::(2)O::(3) ELABORES PAR IMPREGNATION D'UN FEUTRE DE FIBRES POLYCRISTALLINES PRESENTENT UNE FORTE POROSITE. LES AJOUTS DE DENSIFICATION PROVOQUENT LA RECRISTALLISATION DES FIBRES. LES CARACTERISTIQUES MECANIQUES SONT GENERALEMENT FAIBLES. LA RESISTANCE A LA RUPTURE ET LA TENACITE DE L'ALUMINE SONT RESPECTIVEMENT DOUBLEE ET TRIPLEE AVEC DES AJOUTS DE TRICHITES DE SIC ET DE ZIRCONE YTTRIEE. LES COMPOSITES BIDIRECTIONNELS SIC/SIC, ELABORES PAR DEPOT CHIMIQUE EN PHASE VAPEUR, CONSOMMENT UNE QUANTITE IMPORTANTE D'ENERGIE DE FRACTURE PAR DECHAUSSEMENT DES FIBRES ET FISSURATION MULTIPLE DE LA MATRICE
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L’étude présentée porte sur la caractérisation et la comparaison des propriétés quasi-statiques et en fatigue de composites à fibres de lin et de verre avec une matrice époxy. Une importante campagne d’essais de fatigue a été réalisée à partir des propriétés quasi-statiques de traction et cisaillement plan mesurées. Il apparaît que les caractéristiques en statique et en fatigue du verre/époxy sont supérieures à celles du lin/époxy à taux de fibres et stratification identiques. Cependant, en raison de la faible densité des renforts de lin, les écarts entre les propriétés spécifiques des deux matériaux sont faibles. La mesure de l’évolution des propriétés en fatigue a mis à jour des comportements phénoménologiques particuliers tels que la diminution de l’amortissement et l’augmentation de la rigidité des lin/époxy ayant des fibres parallèles à la direction du chargement, au cours de la vie des éprouvettes. Le suivi de l’endommagement par la mesure des densités de fissures montre que celle-ci augmente avec le chargement et le nombre de cycles appliqués. Les simulations par éléments finis de la durée de vie des composites lin/époxy, intégrant la variabilité des paramètres du modèle par la méthode Monté-Carlo, donnent des courbes de Wöhler conservatives par rapport aux données expérimentales. Conformément aux mesures expérimentales, la variabilité des durées de vie calculées diminue lorsque le chargement baisse
Author: Adem Alia
Author: Adem Alia
Author: Bouhrara Driss
Author: Alessandra Del Masto
Author: Emmanuel Nazarenko
Author: Abdelmonem Elouaer
Author: DRISS.. BOUHRARA
Author: Meriem Fehri
Author: Fabrice Gouanvé
Author: Jean-Michel Bergerat
Author: Shaoxiong Liang