Effet de l'endommagement mécanique sur les propriétés thermiques de composites à matrice céramique PDF Download
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Author: Jalal El Yagoubi Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
Book Description
Le travail exposé dans ce mémoire propose un examen, selon une approche multiéchelle, de la relation entre l'évolution de l'endommagement et la perte de conductibilité thermique de Compositesà Matrice Céramique. Les recherches sont menées à la fois sur le plan expérimental et sur le plan théorique. La démarche mise en oeuvre consiste à examiner deux échelles significatives (Microet Meso) auxquelles agissent des mécanismes d'endommagement différents et à évaluer pardes techniques d'homogénéisation l'effet sur les propriétés thermiques effectives.Une attention particulière a été donnée à l'élaboration d'une démarche expérimentale approfondieassociant des moyens de caractérisation mécanique, thermique et microstructurale. Aux deuxéchelles étudiées, un banc expérimental a été conçu pour réaliser des mesures thermiques sur des CMC sollicités mécaniquement. La diffusivité thermique longitudinale du mini composite est estimée par thermographie à détection synchrone. Des variantes de la méthode flash en face arrière sont mises en oeuvre pour l'étude du composite tissé. Par ailleurs, la progression de l'endommagementest déduite de l'enregistrement des signaux acoustiques et d'observations microstructurales post-mortem. Les résultats expérimentaux sont systématiquement comparés à des simulations. A l'échelle Micro, un modèle micromécanique est proposé afin de simuler la perte de conductivité thermique d'un mini composite en traction. A l'échelle Méso, une stratégie multiéchelle de calcul numérique de l'effet de l'endommagement sur les propriétés thermiques d'un CMC tissé est présentée.
Author: Jalal El Yagoubi Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Le travail exposé dans ce mémoire propose un examen, selon une approche multiéchelle, de la relation entre l'évolution de l'endommagement et la perte de conductibilité thermique de Compositesà Matrice Céramique. Les recherches sont menées à la fois sur le plan expérimental et sur le plan théorique. La démarche mise en oeuvre consiste à examiner deux échelles significatives (Microet Meso) auxquelles agissent des mécanismes d'endommagement différents et à évaluer pardes techniques d'homogénéisation l'effet sur les propriétés thermiques effectives.Une attention particulière a été donnée à l'élaboration d'une démarche expérimentale approfondieassociant des moyens de caractérisation mécanique, thermique et microstructurale. Aux deuxéchelles étudiées, un banc expérimental a été conçu pour réaliser des mesures thermiques sur des CMC sollicités mécaniquement. La diffusivité thermique longitudinale du mini composite est estimée par thermographie à détection synchrone. Des variantes de la méthode flash en face arrière sont mises en oeuvre pour l'étude du composite tissé. Par ailleurs, la progression de l'endommagementest déduite de l'enregistrement des signaux acoustiques et d'observations microstructurales post-mortem. Les résultats expérimentaux sont systématiquement comparés à des simulations. A l'échelle Micro, un modèle micromécanique est proposé afin de simuler la perte de conductivité thermique d'un mini composite en traction. A l'échelle Méso, une stratégie multiéchelle de calcul numérique de l'effet de l'endommagement sur les propriétés thermiques d'un CMC tissé est présentée.
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LES MATERIAUX COMPOSITES A MATRICE CERAMIQUE RENFORCEE PAR DES FIBRES CONTINUES SONT DEVELOPPES POUR DES APPLICATIONS THERMOSTRUCTURALES. L'ETUDE DU COMPORTEMENT MECANIQUE VISE D'UNE PART A PROPOSER DES METHODES FIABLES DE DETERMINATION DES PARAMETRES MICROMECANIQUES QUI PERMETTENT L'EVALUATION DES DIFFERENTES NUANCES DU MATERIAU AU COURS DE SA PHASE DE DEVELOPPEMENT. D'AUTRE PART, ELLE A POUR OBJET LA COMPREHENSION DES MECANISMES D'ENDOMMAGEMENT OU DE RUPTURE EN RELATION AVEC LA SOLLICITATION MECANIQUE. DANS CE MEMOIRE, NOUS AVONS PROCEDE PAR DES ESSAIS QUASI-STATIQUES EN TRACTION UNIAXIALE COUPLES A LA TECHNIQUE D'EMISSION ACOUSTIQUE POUR IDENTIFIER LES MICROMECANISMES D'ENDOMMAGEMENT ET LEUR SEQUENCE DE DECLENCHEMENT EN FONCTION DE LA CONTRAINTE DANS LE CAS DES MATERIAUX SIC-MAS.L UNIDIRECTIONNEL ET BIDIRECTIONNEL A PLIS CROISES. LE DEVELOPPEMENT DE L'ENDOMMAGEMENT A ETE EVALUE PAR LE NOMBRE DE FISSURES MATRICIELLES TRANSVERSES DANS LES PLIS LONGITUDINAUX ET CORRELE A LA DECROISSANCE DU MODULE D'ELASTICITE LONGITUDINAL. ENSUITE, DANS LE CAS DU COMPOSITE UNIDIRECTIONNEL, L'ANALYSE DE CETTE MULTIFISSURATION A PERMIS L'ESTIMATION DES PARAMETRES MICROMECANIQUES QUI DETERMINENT LE SEUIL D'ENDOMMAGEMENT DU MATERIAU ET SON EVOLUTION SOUS SOLLICITATION MECANIQUE. EN FATIGUE STATIQUE, L'EVOLUTION DE L'ENDOMMAGEMENT DANS LE COMPOSITE SIC-MAS.L (0/90), SUGGERE UNE SENSIBILITE DE LA MATRICE MAS.L A LA CORROSION SOUS-CONTRAINTE. LA COMPARAISON DE L'EVOLUTION DES PROPRIETES MECANIQUES AU COURS DES ESSAIS DE FATIGUE DYNAMIQUE A 1 HZ ET 10 HZ INDIQUE QUE L'EFFET DE FATIGUE DYNAMIQUE DANS CE COMPOSITE DEPEND PEU DE LA DUREE DE L'ESSAI. IL SERAIT PLUTOT DU A UNE MODIFICATION PROGRESSIVE DES PROPRIETES INTERFACIALES AU COURS DU CYCLAGE. DANS LE CAS DES MATERIAUX SIC-SIC 2D STANDARD, L'ETUDE DE LA RESISTANCE A LA PROPAGATION DE FISSURE SUR DES EPROUVETTES CT PERMET D'ACCEDER A DES VALEURS K#R FIABLES SEULEMENT POUR DES EPROUVETTES DE TAILLE W40 MM, DANS LE DOMAINE DE CROISSANCE SOUS CRITIQUE DE FISSURE
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Du fait de bonnes caracteristiques mecaniques specifiques, les composites a matrice base aluminium renforts particulaires de ceramique sont un materiau industriellement interessant, mais leur heterogeneite conduit a des localisations d'endommagement et a une macrofragilite dommageable a leur sécurité d'emploi. Utiliser l'interface comme fusible mécanique a semble une voie prometteuse. Apres une analyse bibliographique du concept interface/interphase, nous intégrons les conditions inter faciales imparfaites linéaires redémontrées a deux voies courantes d'homogénéisation, le modèle trois phases et la méthode des éléments finis a hypothèses périodiques, compares sur un plan fondamental. Un modèle thermodynamique de dégradation des caractéristiques inter faciales conduit a des résultats s'écartant de la réalité expérimentale, du fait de l'endommagement simultané de toutes les interfaces. Des campagnes expérimentales sur des composites extrudes a interfaces de force variable révèlent, grâce a des tractions in situ en meb, différents comportements locaux des interfaces, et démontrent l'importance technologique de la tolérance de la matrice aux défauts. Nous observons des comportements différents par zones, qui nous suggérons une méthode d'homogénéisation à deux niveaux. La première étape calcule, par éléments finis, la courbe de traction elasto-plastique d'un élément de volume représentatif (une zone) sain ou endommage. La seconde les intègre par le schéma autocoherent au sein d'un mélange dont la réponse est celle du matériau expérimental réel. Nous déduisons ainsi la fraction de matériau endommage présente dans le composite, et confrontons nos prévisions à la réalité par des comptages. Enfin, nous discutons de la valeur du modèle en analysant sa sensibilité aux paramètres, et menons en même temps une réflexion sur les critères de fin de vie du composite, tentant de dégager des règles simples pour l'optimisation des matériaux futurs
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La présente étude traite la durabilité en milieu humide et l'endommagement par fatigue des matériaux composites à matrice organique (CMO). La diffusion d'eau dans un matériau SMC (matrice polyester renforcée par des fibres de verre et des particules de craies) est tout d'abord analysée expérimentalement. Puis elle est modélisée numériquement sous différentes conditions de vieillissement hygrothermique en immersion. Les mécanismes physiques à l'origine de l'endommagement hygrothermique sont alors identifiés. Des baisses de différentes propriétés mécaniques en fonction du temps et de la teneur en eau absorbée sont mises en évidence avec les phénomènes d'endommagement identifiés. L'effet de l'endommagement hygrothermique sur la durée de vie en fatigue est alors étudié expérimentalement. Un modèle prédictif qui prend en compte les effets d'endommagements d'origine hydrique et mécanique est alors proposé. Un calcul couplé diffusion/mécanique permet de déterminer le comportement global du matériau. On montre qu'il est possible de simuler et de suivre en continu l'évolution de la durée de vie en fatigue du matériau vieilli quel que soit le temps et la température.
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Ce travail de thèse est destiné à apporter une contribution à la compréhension des mécanismes régissant le comportement thermo-mécanique des composites à matrice métallique. En particulier, les relations entre la mésostructure et les comportements mécanique et thermo-mécanique du composite étudié sont mises en évidence. Cette étude est articulée autour de quatre axe de recherche principaux : une caractérisation fine, d'une part, de la mésostructure qui met en évidence une orientation privilégiée des renforts liée au process d'élaboration du matériau, et d'autre part, de la microstructure qui permet d'identifier les acteurs agissant à l'échelle microscopique sur le comportement visco-plastique de la matrice; une étude des comportements élastique et micro-plastique du composite. La relation entre l'isotropie transverse des constantes d'élasticité et l'orientation privilégiée des renforts est ainsi clairement démontrée, à la fois expérimentalement et analytiquement au moyen de modèles de comportement (Mori/Tanaka et Ponte Castaneda/ Willis). Le comportement micro-plastique permet, par l'intermédiaire d'une méthode d'analyse développée au laboratoire, de caractériser, d'une part, \es champs de contrainte résiduels dus à \'élaboration du composite, et d'autre part, la limite d'écouleront locale de la matrice ; une caractérisation du comportement du composite sous une sollicitation thermo-mécanique qui montre une accélération de la vitesse de déformation en cyclage thermique sous charge par rapport au fluage isotherme. L'effet des caractéristiques de la sollicitation thermo-mécanique sur la déformation est étudié de manière approfondie. En outre, des observations de l'endommagement après un grand nombre de cycles thermiques sous charge sont présentés et permettent d'identifier les mécanismes d'amorçage; une analyse théorique des différents résultats expérimentaux, basée sur l'étude des champs de contrainte générés par les incompatibilités de déformation entre la matrice et les renforts, qui montre que l'accélération de la déformation en cyclage a pour origine les processus d'accommodation plastique qui agissent à l'échelle microscopique. Nous présentons en outre une analyse des mécanismes d'amorçage de l'endommagement, qui ouvre la voie au développement d'une méthode de prédiction de la durée de vie du composite en cyclage thermique sous charge.
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Ce mémoire présente l'étude d'un matériau composite de résine de cyanate ester et de fibres de carbone fait de plis tissés de type cinq harnais soumis à des cycles de température. Trois stratifiés et une plaque sandwich ont été étudiés. L'étude de l'endommagement pour les stratifiés a montré deux types d'endommagement, des microfissures et des décohésions. Les décohésions sont présentes strictement sur les tranches externes. Quant aux microfissures, elles sont observées en plus grande quantité sur la tranche externe que sur la tranche interne. L'endommagement dans la plaque sandwich est présent sous deux formes : des microfissures et de la délamination due à la présence de l'adhésif. La dégradation des propriétés mécaniques des stratifiés en fonction du nombre de cycles thermiques a aussi été étudiée. Les essais mécaniques ont montré que ce sont les propriétés influencées par le comportement de la matrice qui sont affectées par la présence des microfissures.
Author: Sophie Malon Publisher: ISBN: 9782110919403 Category : Languages : fr Pages : 132
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L'AMELIORATION DES PERFORMANCES DANS LE DOMAINE DE L'AERONAUTIQUE EST ACTUELLEMENT LIEE A L'AUGMENTATION DU RAPPORT POUSSEE/MASSE. ON CHERCHE DONC A INTRODUIRE DES MATERIAUX PLUS LEGERS MAIS GARDANT DES PROPRIETES MECANIQUES EQUIVALENTES. DANS CET OBJECTIF, LES COMPOSITES SONT D'EXCELLENTS CANDIDATS, EN PARTICULIER LES COMPOSITES A MATRICE METALLIQUE DE TYPE SIC/TI. DANS CE TRAVAIL, NOUS AVONS ESSAYE DE CARACTERISER LES MECANISMES D'ENDOMMAGEMENT DANS CE COMPOSITE EN NOUS LIMITANT A L'ENDOMMAGEMENT MATRICIEL ET A CELUI DE L'INTERFACE FIBRE/MATRICE. CONCERNANT LA MATRICE, UNE LOI DE COMPORTEMENT ELASTOVISCOPLASTIQUE COUPLEE A L'ENDOMMAGEMENT A ETE IDENTIFIEE. CONCERNANT L'INTERFACE, DES ESSAIS DE TRACTION SUR EPROUVETTE MONOFILAMENTAIRE ONT ETE REALISES AFIN DE CARACTERISER LA DECOHESION ENTRE LA FIBRE ET LA MATRICE. DEUX TYPES DE SOLLICITATIONS ONT ETE CONSIDEREES, UN CHARGEMENT UNIAXIAL TRANSVERSALEMENT A LA FIBRE ET UN CHARGEMENT BIAXIAL AVEC UNE COMPOSANTE DANS LE SENS DE LA FIBRE. DANS UN DEUXIEME TEMPS, IL A FALLU SIMULER NUMERIQUEMENT CES ESSAIS AFIN DE REMONTER AUX CARACTERISTIQUES DE L'INTERFACE. DES CALCULS TRIDIMENSIONNELS SE SONT AVERES NECESSAIRES. LA DERNIERE PARTIE DE CETTE ETUDE EST QUANT A ELLE DEDIEE A LA SIMULATION DU CHARGEMENT DU COMPOSITE DANS SON APPLICATION.
Author: Serge Marion Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 309
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L'etude se propose de rechercher les relations entre la microstructure du matériau composite à matrice céramique c/sic, constitué de fibres de carbone noyées dans une matrice de carbure de silicium, et ses propriétés mécaniques en traction à température ambiante, en termes de phénomènes d'endommagement et de courbes contrainte-déformation. L'étude microstructurale de l'état initial des matériaux, à renfort bidirectionnel tissé et à renfort pseudo-unidirectionnel, montre que la présence d'une interphase de carbone pyrolytique n'a pas d'influence sur la distance entre les fissures matricielles transversales et sur l'écartement de leurs lèvres. De plus, un modèle analytique donnant les contraintes d'origine thermique permet d'évaluer la contrainte à la rupture de la matrice. L'essai de traction sous microscope électronique à balayage et la présence de grilles microextensométriques déposées sur les éprouvettes montrent que l'interphase de carbone pyrolytique influe sur ses propriétés mécaniques, si son épaisseur est suffisamment élevée, en mettant en jeu divers mécanismes d'endommagement. Dans ce cas, on corrèle les caractéristiques des courbes contrainte-déformation aux cinétiques d'apparition et d'ouverture des fissures en fonction de la contrainte appliquée.
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Les matériaux composites à matrice céramique (CMC) sont élaborés à partir de constituants fragiles. Le comportement mécanique et le développement de la fissuration dépendent des propriétés des constituants élémentaires des CMC. La connaissance de l'influence de ces propriétés sur l'évolution de la fissuration et du comportement mécanique fournit une aide au concepteur de matériaux composites.L'objectif de ce travail est de modéliser l'évolution du réseau de fissures au sein du CMC sollicité en traction, à l'échelle du fil et à l'échelle du composite tissé. L'approche proposée est une alternative aux principaux modèles de comportement des CMC.A l'échelle du fil, l'endommagement intervient d'abord sous forme de fissures matricielles accompagnées de décohésions à l'interface fibre/matrice. Les analyses de ces deux mécanismes ont permis d'exprimer leur évolution au sein du fil en traction. Le comportement en traction résultant de l'endommagement et l'ouverture de la fissure matricielle sont aussi exprimés semi-analytiquement.Les comparaisons avec un modèle numérique de zones cohésives et avec les essais expérimentaux montrent une bonne corrélation des résultats.Enfin ces expressions à l'échelle du fil sont utilisées pour modéliser l'endommagement du fil longitudinal au sein du composite tissé en traction. De plus, un outil numérique est développé pour modéliser la fissuration matricielle inter-fil dans le composite tissé.
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CE TRAVAIL PRESENTE UNE METHODE DE CARACTERISATION DE L'ENDOMMAGEMENT DES COMPOSITES A MATRICE CIMENTAIRE RENFORCEE PAR DES FIBRES DE VERRE (CCV), PUIS UNE ETUDE COMPARATIVE DE LA DURABILITE ET DES PROPRIETES MECANIQUES DE DEUX CCV, NOTES 5/5 ET VTX-CCV, RENFORCES PAR DES FIBRES DE VERRE ALCALI-RESISTANT. ILS SE DIFFERENCIENT PAR LA SUBSTITUTION (VTX-CCV) OU NON DE METAKAOLIN SELECTIONNE AU CIMENT. LA BIBLIOGRAPHIE DRESSE UN APERCU DES PROGRES ACCOMPLIS POUR AMELIORER LA TENACITE ET LA DURABILITE DES CCV, ET PRESENTE LES INSUFFISANCES DES TESTS ACTUELS DE CARACTERISATION MECANIQUE, NOTAMMENT POUR ANALYSER LES MECANISMES D'ENDOMMAGEMENT AU COURS DE LA RUPTURE. LA METHODE PROPOSEE, BASEE SUR L'ESSAI DE FLEXION, UTILISE UNE ACQUISITION ET UN TRAITEMENT INFORMATIQUES DES DONNEES POUR MESURER LA TENACITE DU MATERIAU. UNE PROCEDURE DE CYCLES DE CHARGEMENT-DECHARGEMENT PERMET DE SUIVRE JUSQU'A LA RUPTURE COMPLETE DES EVOLUTIONS DE L'ENERGIE D'ENDOMMAGEMENT, DE L'ENERGIE DE FROTTEMENT ET DE L'ENERGIE QUE PEUT RESTITUER LE MATERIAU. UNE NOUVELLE METHODE D'ANALYSE D'AMPLITUDES EN EMISSION ACOUSTIQUE CONTRIBUE A CARACTERISER LE DEVELOPPEMENT DES ENDOMMAGEMENTS. L'ETUDE DE LA DURABILITE DES PROPRIETES MECANIQUES CONCLUT A LA TRES NETTE SUPERIORITE DU VTX-CCV, SYSTEME CONTENANT DU METAKAOLIN. CELLE DE L'ENDOMMAGEMENT AU COURS DE LA RUPTURE MET EN EVIDENCE LES MECANISMES SUCCESSIFS PREDOMINANTS INTERVENANT POUR UN CCV SOIT TENACE, SOIT FRAGILE, ET ETABLIT UNE CORRELATION ENTRE LES REPONSES ACOUSTIQUE ET MECANIQUE. L'EFFET D'UN PREENDOMMAGEMENT MECANIQUE A L'ETAT JEUNE SUR LES PROPRIETES MECANIQUES A LONG TERME D'UN CCV EST ANALYSE. ENFIN, LE PRINCIPE D'UNE METHODE DE CONTROLE DE QUALITE POUR DECELER L'EXISTENCE D'UN ENDOMMAGEMENT MECANIQUE EST PROPOSE
Author: Jalal El Yagoubi
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