ETUDE MICROMECANIQUE DES COMPOSITES A RENFORTS TISSES. COMPORTEMENT VISCOELASTIQUE ET ENDOMMAGEMENT DU A LA LIAISON CHAINE-TRAME PDF Download
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CE TRAVAIL CONCERNE L'ETUDE DU COMPORTEMENT MECANIQUE, EN ELASTICITE ET EN VISCOELASTICITE DES MATERIAUX COMPOSITES ET EN PARTICULIER LES COMPOSITES A RENFORTS TISSES, APPELES COMMUNEMENT, LES TISSUS COMPOSITES. LA PLUS GRANDE PARTIE DE CE MEMOIRE EST CONSACREE A UNE VARIETE BIEN PRECISE DES TISSUS EQUILIBRES: LES TAFFETAS. LE MODE D'ANALYSE RESIDE EN L'APPLICATION D'UNE METHODE D'HOMOGENEISATION, BASEE SUR LA DETERMINATION DU VOLUME ELEMENTAIRE REPRESENTATIF (V.E.R.) QUI PERMET DE SUBSTITUER AU MATERIEL REEL, UN MATERIAU EQUIVALENT, HOMOGENE ET ANISOTROPE. LE MODELE DU TISSU EST BASE SUR UN ASSEMBLAGE DE CELLULES CONSTITUEES DE COMPOSITES UNIDIRECTIONNELS ET STRATIFIES. CE POINT DE VUE PERMET DE TRAITER LE MATERIAU SOUS DIVERS ASPECTS. IL REPRESENTE DE MANIERE REALISTE LE COMPORTEMENT ELASTIQUE D'UN TISSU PARFAIT, PARCE QUE DONNANT DES RESULTATS COMPARABLES AVEC LES MESURES D'UNE PART ET AVEC LES CALCULS OBTENUS PAR D'AUTRES METHODES D'AUTRE PART. IL PERMET D'INTEGRER AVEC SUCCES L'ONDULATION DES MECHES DE CHAINE ET DE TRAME. CE MODELE CONDUIT NATURELLEMENT A L'INTERPRETATION DU PHENOMENE CHAINE-TRAME, EN INTRODUISANT UN GLISSEMENT ELASTIQUE ENTRE CES DEUX CONSTITUANTS. CE GLISSEMENT ELASTIQUE EST ANALYSE DE DEUX MANIERES: 1) IL APPARAIT COMME UN PARAMETRE CARACTERISTIQUE DU MATERIAU ET EST DETERMINE PAR LES ESSAIS; 2) IL EST CONSIDERE COMME UNE RIGIDITE RESULTANT D'UNE COUCHE DE MATRICE ENTRE LES FILS DE CHAINE ET DE TRAME ET EST OBTENU PAR UN CALCUL ELEMENTAIRE DE RESISTANCE DES MATERIAUX. LA SOUPLESSE DU MODELE PERMET ENFIN DE TRANSPOSER AISEMENT TOUS LES RESULTATS PRECEDENTS (TISSU PARFAIT, ONDULATION, INTERACTION CHAINE-TRAME) AU DOMAINE VISCOELASTIQUE, POUR LEQUEL LE MATERIAU EST CARACTERISE PAR SES RIGIDITES COMPLEXES. SOULIGNONS QUE LA MODELISATION ADOPTEE, OFFRE LA POSSIBILITE D'UNE ETUDE ANALYTIQUE LORSQUE L'ON CONSIDERE DES CONSTITUANTS ISOTROPES, ET CONDUIT (A CAUSE DE LA COMPLEXITE DES CALCULS) A L'ELABORATION DE LOGICIELS TRES PRATIQUES POUR LE TRAITEMENT NUMERIQUE, DANS LE CAS ANISOTROPE
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CE TRAVAIL CONCERNE L'ETUDE DU COMPORTEMENT MECANIQUE, EN ELASTICITE ET EN VISCOELASTICITE DES MATERIAUX COMPOSITES ET EN PARTICULIER LES COMPOSITES A RENFORTS TISSES, APPELES COMMUNEMENT, LES TISSUS COMPOSITES. LA PLUS GRANDE PARTIE DE CE MEMOIRE EST CONSACREE A UNE VARIETE BIEN PRECISE DES TISSUS EQUILIBRES: LES TAFFETAS. LE MODE D'ANALYSE RESIDE EN L'APPLICATION D'UNE METHODE D'HOMOGENEISATION, BASEE SUR LA DETERMINATION DU VOLUME ELEMENTAIRE REPRESENTATIF (V.E.R.) QUI PERMET DE SUBSTITUER AU MATERIEL REEL, UN MATERIAU EQUIVALENT, HOMOGENE ET ANISOTROPE. LE MODELE DU TISSU EST BASE SUR UN ASSEMBLAGE DE CELLULES CONSTITUEES DE COMPOSITES UNIDIRECTIONNELS ET STRATIFIES. CE POINT DE VUE PERMET DE TRAITER LE MATERIAU SOUS DIVERS ASPECTS. IL REPRESENTE DE MANIERE REALISTE LE COMPORTEMENT ELASTIQUE D'UN TISSU PARFAIT, PARCE QUE DONNANT DES RESULTATS COMPARABLES AVEC LES MESURES D'UNE PART ET AVEC LES CALCULS OBTENUS PAR D'AUTRES METHODES D'AUTRE PART. IL PERMET D'INTEGRER AVEC SUCCES L'ONDULATION DES MECHES DE CHAINE ET DE TRAME. CE MODELE CONDUIT NATURELLEMENT A L'INTERPRETATION DU PHENOMENE CHAINE-TRAME, EN INTRODUISANT UN GLISSEMENT ELASTIQUE ENTRE CES DEUX CONSTITUANTS. CE GLISSEMENT ELASTIQUE EST ANALYSE DE DEUX MANIERES: 1) IL APPARAIT COMME UN PARAMETRE CARACTERISTIQUE DU MATERIAU ET EST DETERMINE PAR LES ESSAIS; 2) IL EST CONSIDERE COMME UNE RIGIDITE RESULTANT D'UNE COUCHE DE MATRICE ENTRE LES FILS DE CHAINE ET DE TRAME ET EST OBTENU PAR UN CALCUL ELEMENTAIRE DE RESISTANCE DES MATERIAUX. LA SOUPLESSE DU MODELE PERMET ENFIN DE TRANSPOSER AISEMENT TOUS LES RESULTATS PRECEDENTS (TISSU PARFAIT, ONDULATION, INTERACTION CHAINE-TRAME) AU DOMAINE VISCOELASTIQUE, POUR LEQUEL LE MATERIAU EST CARACTERISE PAR SES RIGIDITES COMPLEXES. SOULIGNONS QUE LA MODELISATION ADOPTEE, OFFRE LA POSSIBILITE D'UNE ETUDE ANALYTIQUE LORSQUE L'ON CONSIDERE DES CONSTITUANTS ISOTROPES, ET CONDUIT (A CAUSE DE LA COMPLEXITE DES CALCULS) A L'ELABORATION DE LOGICIELS TRES PRATIQUES POUR LE TRAITEMENT NUMERIQUE, DANS LE CAS ANISOTROPE
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LES MATERIAUX ETUDIES DANS CE TRAVAIL EST UN COMPOSITE DE TYPE S.M.C. (SHEET MOULDING COMPOUND). CE MATERIAU EST CONSTITUE DE DEUX PHASES PRINCIPALES: LA MATRICE POLYESTER CHARGEE ET LES FIBRES DE VERRE COURTES ORIENTEES DE MANIERE ALEATOIRE. UNE LARGE UTILISATION DE CE TYPE DE MATERIAUX DANS L'INDUSTRIE AUTOMOBILE EST FONDEE SUR LES INTERETS SUIVANTS: UNE FACILITE DE MISE EN UVRE, DE BONNES PROPRIETES MECANIQUES, UNE DENSITE RELATIVEMENT FAIBLE, LES FAIBLES COUTS DE PRODUCTION MAIS CETTE UTILISATION NOUS POSE AUSSI LES PROBLEMES SUIVANTS: L'EVALUATION DES PROPRIETES MECANIQUES DU COMPOSITE ET LE DIMENSIONNEMENT DE LA STRUCTURE EN COMPOSITE. CETTE ETUDE CONSTITUE UNE CONTRIBUTION A LA RESOLUTION DE CES PROBLEMES. CE TRAVAIL SE DECOMPOSE EN TROIS ETAPES PRINCIPALES: (1) CHOIX D'UN MODELE. UNE EXTENSION DU MODELE DE MORI ET WAKASHIMA EST ETABLIE. CELA NOUS A PERMIS D'ETUDIER LE COMPORTEMENT ELASTIQUE D'UN COMPOSITE RENFORCE PAR DES FIBRES COURTES ORIENTEES ALEATOIREMENT DANS L'ESPACE DU MATERIAU. (2) IDENTIFICATION DES MECANISMES D'ENDOMMAGEMENT AU SEIN DU MATERIAU ET INTEGRATION DE CES PHENOMENES DANS LE MODELE. CE TRAVAIL EST EFFECTUE PAR DES ESSAIS DE TRACTION ET DES OBSERVATIONS A L'AIDE D'ESSAIS EFFECTUES DANS LE MEB. UN CRITERE LOCAL DE RUPTURE DE L'INTERFACE FIBRE/MATRICE EST DETERMINE DE FACON STATISTIQUE EN PRENANT EN COMPTE L'HETEROGENEITE DU MATERIAU. CE CRITERE EST INTRODUIT DANS LE MODELE ET VALIDE SUR UN VOLUME ELEMENTAIRE REPRESENTATIF. (3) IMPLANTATION DU MODELE DANS UN CODE DE CALCUL PAR ELEMENTS FINIS. LE MODELE DE TYPE PASSAGE MICRO-MACRO A ETE IMPLANTE DANS LE CODE ELEMENTS FINIS ABAQUS. DES VALIDATIONS SONT ENSUITE FAITES EN COMPARANT LES RESULTATS EXPERIMENTAUX ET NUMERIQUES VIA DES ESSAIS DE FLEXION QUATRE POINTS, TORSION ET FLEXION-TORSION COMBINEES. LES CALCULS DE STRUCTURES, AVEC LE MODELE DE COMPORTEMENT ELASTIQUE ENDOMMAGEABLE NOUS PERMETTENT DE PREVOIR LA DISTRIBUTION ET L'EVOLUTION DES ENDOMMAGEMENTS AU COURS DU CHARGEMENT. L'ANISOTROPIE DE LA RIGIDITE EFFECTIVE ET DE L'ENDOMMAGEMENT DU MATERIAU PEUVENT ETRE ESTIMES POUR UNE SOLLICITATION NON HOMOGENE, A PARTIR DES ANALYSES A L'ECHELLE DU RENFORT
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LE TRAVAIL DE THESE REALISE AU COURS DE TROIS ANNEES AU SEIN DU LM3, ENSAM PARIS CONCERNE UNE THEMATIQUE TRES ACTUELLE A SAVOIR LES RELATIONS MICRO-MACRO ET L'ENDOMMAGEMENT DANS LES MATERIAUX COMPOSITES. NOUS PROPOSONS DES LOIS DE COMPORTEMENT ADAPTEES AUX MATERIAUX HETEROGENES (COMPOSITES) A RENFORTS DISCONTINUS INTEGRANT LES PHENOMENES D'ENDOMMAGEMENT SE PRODUISANT A L'ECHELLE MICROSCOPIQUE NOTAMMENT A L'INTERFACE RENFORT/MATRICE. LES MATERIAUX INDUSTRIELS ETUDIES (COMPOSITE SMC VERRE/POLYESTER OU STRATIFIES VERRE/EPOXY), LORSQU'ILS SONT SOUMIS A UN CHARGEMENT EXTERIEUR, SUBISSENT, A L'ECHELLE DES RENFORTS, DIFFERENTS TYPES DE MECANISMES D'ENDOMMAGEMENT. CES DERNIERS SONT IDENTIFIES A L'AIDE D'ESSAIS DE TRACTION REALISES DANS L'ENCEINTE D'UN MEB. CETTE TECHNIQUE EXPERIMENTALE NOUS A PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE LEURS INFLUENCES SUR LE COMPORTEMENT MACROSCOPIQUE DU COMPOSITE. POUR LES DEUX MATERIAUX ETUDIES, LA DECOHESION A L'INTERFACE FIBRE/MATRICE APPARAIT COMME LE MECANISME PREDOMINANT. UNE LOI DE COMPORTEMENT ORIGINALE, FONDEE SUR UNE APPROCHE DE TYPE PASSAGE MICRO-MACRO (MODELE D'HOMOGENEISATION) ET S'APPUYANT SUR L'OBSERVATION IN SITU DES MECANISMES DE DEFORMATION EST ALORS PROPOSEE. CETTE LOI EST CONSTRUITE A L'AIDE DE DEUX OUTILS NOUVEAUX. TOUT D'ABORD, AFIN DE PREDIRE L'AMORCAGE ET LA PROPAGATION DES MICRO-FISSURES, NOUS INTRODUISONS, A L'ECHELLE LOCALE, LA NOTION DE CRITERE DE DECOHESION A L'INTERFACE FIBRE/MATRICE. UNE METHODE NOUVELLE D'IDENTIFICATION DE CE CRITERE EST PROPOSEE COUPLANT MODELE ET EXPERIENCE. ENFIN, L'ANISOTROPIE LOCALE INDUITE PAR L'ENDOMMAGEMENT EST TRADUITE PAR LE CONCEPT DE MICROSTRUCTURE EQUIVALENTE TRADUISANT LE COMPORTEMENT DE LA MICROSTRUCTURE ENDOMMAGEE A L'ECHELLE DE LA FIBRE. DEUX MODELES DISTINCTS SONT FONDES SUR DEUX METHODES AYANT POUR BUT DE SIMULER LA PRESENCE DES FISSURES INTERFACIALES (FISSURE EQUIVALENTE) OU DE TRADUIRE LEURS EFFETS SUR LA PERTE DE RIGIDITE LOCALE ET SUR L'ANISOTROPIE DU SYSTEME FIBRE+FISSURE (FIBRE ANISOTROPE EQUIVALENTE). DES COMPARAISONS EXPERIENCE/SIMULATION A L'ECHELLE MICRO ET MACROSCOPIQUE MONTRENT UNE BONNE CORRELATION
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Le comportement mecanique des systemes heterophases est gouverne par les caracteristiques de chacun des constituants, mais egalement par la synergie comportementale entre phases et par les modifications microstructurales de la matrice polymere liees a la presence des renforts. Dans cette etude, une approche micromecanique originale est proposee afin de separer les contributions respectives de la morphologie, des effets d'interface et des modifications microstructurales de la matrice, au comportement macroscopique de composites ud verre/epoxyde a interfaces modeles (matrice dgeba/anhydride mthpa renforcee par des fibres brutes ou ensimees par un agent silicone ou aminosilane). Une analyse morphologique quantitative de ces composites elabores par enroulement filamentaire a permis de quantifier, a taux de renfort croissant, l'evolution progressive de la morphologie 2d depuis une architecture constituee de meches isolees dans la matrice vers une structure a fibres aleatoirement reparties. Selon la nature de l'ensimage, cette analyse a egalement revele des variations de la repartition des fibres aux echelles meso et microscopiques. La prediction du seul effet de renforcement s'appuie sur un modele auto-coherent a 4 phases assorti du concept de percolation et necessite la definition d'un motif morphologique representatif de la structure heterogene des composites ud. Apres separation du comportement micromecanique des phases, le comportement viscoelastique de la matrice epoxyde extraite a ete decrit au moyen d'un modele physique de deformation des polymeres amorphes, ce qui a permis de reveler un etat de sous reticulation du reseau dgeba/anhydride dans les composites. L'etude du comportement a la rupture des composites modeles (choc ou fatigue en flexion 3 points) a revele le role primordial joue par la qualite de l'adhesion interfaciale sur les mecanismes d'endommagement.
Author: Daniel Scida Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 196
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L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL EST D'APPORTER UNE AIDE A LA DECISION QUANT AU CHOIX D'UN MATERIAU COMPOSITE A RENFORT TISSE HYBRIDE ET NON HYBRIDE POUR UNE APPLICATION OU LES EFFETS DU VIEILLISSEMENT CONDITIONNENT LA DECISION. CET OBJECTIF NECESSITE A LA FOIS UNE APPROCHE EXPERIMENTALE ET THEORIQUE. L'APPROCHE EXPERIMENTALE EST MENEE, A PARTIR D'ESSAIS STANDARDS (TRACTION, FLEXION ET TORSION), PAR UNE CARACTERISATION DES PROPRIETES ELASTIQUES ET ULTIMES DE CHAQUE CONSTITUANT (RESINE ET UNIDIRECTIONNEL) ET DE CHAQUE COMPOSITE A RENFORT TISSE. L'IDENTIFICATION DES MECANISMES D'ENDOMMAGEMENT EST ENSUITE OBTENUE SUR LA BASE DES ESSAIS PRECEDENTS PUIS D'ESSAIS DE DELAMINAGE (MODE I, II ET MIXTE (I+II)) PAR L'UTILISATION D'UNE METHODOLOGIE ASSOCIANT LES TECHNIQUES D'EMISSIONS ACOUSTIQUES ET DE MICROSCOPIE. L'ANALYSE MET EN EVIDENCE L'INFLUENCE DU VIEILLISSEMENT DES RESINES, DES FIBRES ET DES INTERFACES SUR LES MODES DE RUPTURE DU COMPOSITE POUVANT AINSI ETRE TRES DIFFERENTS AVANT ET APRES VIEILLISSEMENT. LA SECONDE PARTIE EST CONSACREE A LA MODELISATION DU COMPORTEMENT MECANIQUE DES COMPOSITES A ARMURE HYBRIDE OU NON DANS LES DOMAINES ELASTIQUES ET JUSQU'A RUPTURE. A PARTIR D'UNE DECOMPOSITION DE LA CELLULE DE BASE, L'APPLICATION DE LA THEORIE DU STRATIFIE PERMET DE DETERMINER LES PROPRIETES ELASTIQUES 3D DU COMPOSITE EN FONCTION DES CONSTITUANTS, DE L'ARMURE, DU TITRE DES MECHES ET DES CARACTERISTIQUES GEOMETRIQUES PUIS DE PREDIRE LES RUPTURES LOCALES ET FINALES DU COMPOSITE APRES PRISE EN COMPTE DES ENDOMMAGEMENTS SUCCESSIFS DES CONSTITUANTS (RESINE ET MECHES). LE MODELE ABOUTIT A UN LOGICIEL DE CALCUL NOMME MESOTEX PERMETTANT D'ANALYSER AISEMENT L'INFLUENCE DES PARAMETRES STRUCTURAUX (TITRE DES MECHES, ARMURE, QUANTITE DE RESINE ET HYBRIDATION) SUR LES PROPRIETES ELASTIQUES ET A RUPTURE DU COMPOSITE. L'ETUDE PARAMETRIQUE CONDUIT A FACILITER LE CHOIX D'UN MATERIAU ET D'ATTEINDRE UN COMPROMIS COUT/MASSE/PERFORMANCE OPTIMISE.
Author: Anh Vu Duong Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 276
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Cette étude a été financée par la Région Centre et la société EADS. Il concerne les procédés de fabrication des matériaux composites pour l’aéronautique. L’étape de préformage des renforts tissés est la 1e étape du procédé RTM à laquelle on s’intéresse pour deux aspects : le comportement en cisaillement et la déformabilité lors du procédé. Le comportement en cisaillement sur les renforts tissés est un problème particulier à cause de la complexité des renforts : matériau non-continu, problème multi échelle. Cette détermination expérimentale est classiquement réalisé par deux méthodes : l’essai au cadre dit essai de « Picture Frame » et l’essai de traction à 45° dit essai de « Bias Test ». Ces deux essais sont basés sur une hypothèse de cisaillement pur pour laquelle on suppose que le couple de cisaillement ne dépend que de l’angle entre les mèches. À l’aide des bancs d’essais spécifiques développés, on a montré qu’il existe un couplage cisaillement/tension qui est la source des variations existantes sur les résultats montrés dans la littérature. Pour relier les limites du comportement identifié à la déformabilité lors du procédé, les essais de préformage ont été effectuées à l’aide d’un banc d’essai dédié à l’emboutissage des renforts secs. Les résultats ont ouvert de nombreuses perspectives quant à la détermination de l’influence des paramètres du procédé (pression serre flan, tension) sur le comportement en cisaillement et les défauts obtenus.
Author: YOUNESSE.. NOUAMANI
Author: YOUNESSE.. NOUAMANI
Author: GUANG.. GUO
Author: JOSEPH.. FITOUSSI
Author: Karim Benzarti
Author: Daniel Scida
Author: Anh Vu Duong