Propriétés en cisaillement interlaminaire de composites à fibres de carbone et matrice organique PDF Download
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Author: Bruno Bouette Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 196
Book Description
Les matériaux composites à matrice organique thermodurcissable sont utilisés de plus en plus fréquemment dans l'industrie. Leur principal mode d'endommagement étant le délaminage, appréhender les propriétés en cisaillement interlaminaire de ces matériaux est un problème crucial pour l'ingénieur. De plus, dans certaines structures, des organes mécaniques sont soumis à des sollicitation intenses pendant des temps très courts. La connaissance de la réponse mécanique de ces matériaux sous sollicitation dynamique prend alors tout son intérêt. Dans ce travail, nous proposons des méthodes d'essais fiables, permettant de générer du cisaillement interlaminaire sur matériaux composites, dans un large gamme de vitesses de déformation (10−3d−1 à 103s−1). Cette entreprise est rendue possible par l'utilisation de moyens expérimentaux de type barres d'Hopkinson, et de codes de calcul par éléments finis permettant l'optimisation des éprouvettes et l'analyse précise des résultats expérimentaux. Les deux composites étudiés furent le T300/5208 et le T300/5245C. Le module et la contrainte à rupture en cisaillement interlaminaire ont été déterminés. On ne constate pas d'influence de la vitesse de sollicitation sur ces grandeurs. Un critère de rupture simple a également pu être établi. Le taux de restitution d'énergie critique en mode II, GIIc, a été calculé en statique et en dynamique pour ces deux matériaux.
Author: Bruno Bouette Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 196
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Les matériaux composites à matrice organique thermodurcissable sont utilisés de plus en plus fréquemment dans l'industrie. Leur principal mode d'endommagement étant le délaminage, appréhender les propriétés en cisaillement interlaminaire de ces matériaux est un problème crucial pour l'ingénieur. De plus, dans certaines structures, des organes mécaniques sont soumis à des sollicitation intenses pendant des temps très courts. La connaissance de la réponse mécanique de ces matériaux sous sollicitation dynamique prend alors tout son intérêt. Dans ce travail, nous proposons des méthodes d'essais fiables, permettant de générer du cisaillement interlaminaire sur matériaux composites, dans un large gamme de vitesses de déformation (10−3d−1 à 103s−1). Cette entreprise est rendue possible par l'utilisation de moyens expérimentaux de type barres d'Hopkinson, et de codes de calcul par éléments finis permettant l'optimisation des éprouvettes et l'analyse précise des résultats expérimentaux. Les deux composites étudiés furent le T300/5208 et le T300/5245C. Le module et la contrainte à rupture en cisaillement interlaminaire ont été déterminés. On ne constate pas d'influence de la vitesse de sollicitation sur ces grandeurs. Un critère de rupture simple a également pu être établi. Le taux de restitution d'énergie critique en mode II, GIIc, a été calculé en statique et en dynamique pour ces deux matériaux.
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L'usage des fibres végétales, ressources renouvelables, présente de nombreux intérêts pour renforcer les polymères. Les performances de ces matériaux composites dépendent de la qualité de la liaison fibre/matrice. Cette étude présente des travaux réalisés sur des fibres de lin et des composites lin/résine polyester thermodurcissable.Pour un usage optimum, les fibres sont traitées pour les individualiser, nettoyer leur surface et améliorer la compatibilité avec le polymère (mouillage adhérence). Trois protocoles de traitements chimiques (acide formique, NaOH, NaOH+anhydride acétique) ont été retenus. L'influence de ces traitements chimiques est étudiée sur : les propriétés de surface des fibres (mouillage, microscopie IR, AFM) l'adhérence fibre/matrice (déchaussement d'une microgoutte) les propriétés mécaniques des plis renforcés par des mats ou par des fibres unidirectionnelles sollicitées en traction pour différentes orientations de fibres. Les résultats montrent que les traitements chimiques conduisent à une augmentation de la résistance au cisaillement interfaciale entre la fibre et la matrice pour le traitement à l'acide formique et celui à l'anhydride acétique. Les propriétés macroscopiques évoluent avec la même tendance. L'analyse des propriétés de surface des fibres montre que la composition chimique, la rugosité et la tension de surface sont aussi fortement influencées.
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Ce travail financé par un projet européen FEDER, la région haute Normandie et la société AIRCELLE (groupe SAFRAN), a pour but la compréhension des phénomènes régissant les assemblages composites collés. Le premier chapitre est composé d'une étude bibliographique des différents phénomènes d'adhésion. Le chapitre suivant porte sur la présentation des matériaux utilisés, leur mise en œuvre, ainsi qu'un descriptif des techniques de caractérisation de surface. Puis le troisième chapitre apporte les premiers résultats concernant l'influence de la mise en œuvre et des fibres de renfort. Le quatrième et cinquième chapitre étudiera les traitements de surface par tissu à délaminer et laser excimère. Pour finir, le sixième et dernier chapitre a pour objectif d'appréhender les problématiques de vieillissement des assemblages collés. Enfin, la conclusion regroupe de façon concise l'essentiel des résultats probants de la thèse.
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Des essais de compression menés sur des composites unidirectionnels (T300/914, T800/5245C, M40J/913, GY70/V108 et AS4/PEEK) ont montré deux modes de rupture: formation des bandes de cisaillement et rupture des fibres en compression. Les matériaux étudiés présentent un comportement non-linéaire élastique caractérisé par une décroissance continue du module tangent. Un modèle analytique (fibre, matrice élastique) tenant compte des ondulations initiales a été développé. L'évolution des contraintes dans les constituants a été analysée et comparée avec les contraintes à rupture. Ce modèle permet de distinguer deux modes de rupture et de déterminer les paramètres importants de la rupture. Afin d'affiner la modélisation, un modèle numérique se basant sur la méthode des éléments finis a été réalisé. L'évolution des contraintes dans la fibre a été analysée et comparée avec sa tenue en compression. La prise en compte des imperfections géométriques initiales et des propriétés élastoplastiques de la matrice a permis de déterminer les paramètres gouvernant la rupture (les imperfections géométriques, la tenue de la fibre et la limite d'élasticité de la matrice), et de proposer deux mécanismes de rupture : rupture des fibres en compression et rupture par formation des bandes de cisaillement
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ON A CHERCHE A AMELIORER LA TENACITE DES COMPOSITES EPOXY-FIBRES DE CARBONE EN INTERVENANT SUR LES PROPRIETES DE L'INTERFACE PAR TRAITEMENT DE SURFACE DE LA FIBRE DE CARBONE. ON GREFFE DES FONCTIONS AMINEES PAR VOIE ELECTROCHIMIQUE EN MILIEU ORGANIQUE, FONCTIONS SUSCEPTIBLES DE REAGIR AVEC LES CYCLES EPOXY DE LA MATRICE. LA FIBRE DE CARBONE CONSTITUE L'ANODE DU DISPOSITIF. LES CONDITIONS OPERATOIRES OPTIMALES ONT ETE PRECISEES SUR DES FRAGMENTS DE MECHE DANS UNE CELLULE DE VOLTAMMETRIE A PARTIR D'ANALYSES DE SURFACE ESCA ET SIMS. ON PROPOSE UN MECANISME DE GREFFAGE DE L'ETHYLENEDIAMINE. DES TRAITEMENTS EN CONTINU DE FIBRES DE CARBONE ONT ETE REALISES DANS UNE CELLULE PILOTE AVEC TROIS AMINES DIFFERENTES. L'EFFICACITE DU GREFFAGE A ETE EVALUEE SUR MONOFILAMENT PAR MESURE DE LA CONTRAINTE DE DECOHESION INTERFACIALE ET SUR COMPOSITES PAR CELLE DE LA CONTRAINTE DE CISAILLEMENT INTERLAMINAIRE ET DE L'ENERGIE DE RUPTURE EN MODE I
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L'une des méthodes possibles pour agir sur les propriétés de friction des composites C/C consiste à introduire du carbure de silicium dans la matrice. L'objectif de ce travail était d'évaluer l'incidence de cette modification sur le comportement tribologique et d'identifier les mécanismes impliqués. Pour cela, différents composites à matrice hybride ont été élaborés puis testés sur un tribomètre de laboratoire et sur un banc d'essai industriel. Par rapport aux C/C de reférence, ces matériaux présentent des coefficients de frottement et des taux d'usures généralement supérieurs, en raison de l'effet abrasif du carbure de silicium. Dans des conditions très sévères, le coefficient de frottement peut diminuer fortement, suite à la mise en place d'un mécanisme proche de la lubrification. Ces résultats mettent en évidence les aspects mécaniques et hysico-chimiques de l'action du carbure de silicium sur les propriétés tribologiques des composites à matrice hybride à différentes échelles de sollicitation. Enfin, l'influence de la présence de silicium libre dans la matrice a été abordée.
Author: Marco Gigliotti Publisher: ISTE Group ISBN: 1784052833 Category : Composite materials Languages : fr Pages : 123
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L’utilisation des composites à matrice organique pour des applications structurales à haute température est de plus en plus souvent envisagée, notamment dans certaines zones de turbomachines aéronautiques. A cette fin, il devient nécessaire d’analyser les effets du vieillissement thermo-oxydant sur le comportement mécanique d’un polymère et des composites associés. Cet ouvrage met en relief des méthodologies expérimentales originales qui permettent, par analyse inverse, de développer et d’identifier une loi de comportement du polymère dépendant du vieillissement ainsi que les déformations d’origine chimique. Ces informations sont utilisées pour le calcul des contraintes internes induites par un vieillissement thermo-oxydant dans des composites unidirectionnels à fibres continues de carbone. Comportement mécanique des composites à matrice organique se différencie des autres ouvrages par son approche. Il examine des lois de comportement thermomécaniques locales dépendant de l’oxydation grâce à l’emploi d’essais couplés et non couplés à l’échelle microscopique. Il présente des modèles originaux afin d'intégrer toute la richesse de la phénoménologie observée expérimentalement, grâce à l'emploi de variables internes correctement choisies.
Author: Laurent Michel Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 314
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UN SPECTROMETRE DE FLUAGE THERMOSTIMULE A ETE REALISE AFIN DE CARACTERISER DES MATERIAUX HAUTS MODULES, DANS UNE LARGE GAMME DE TEMPERATURE. L'ETUDE D'UN COMPOSITE STRUCTURAL A MATRICE ORGANIQUE A MIS EN EVIDENCE L'EXISTENCE DE TROIS MODES DE RETARD. LE MODE HAUTE TEMPERATURE ASSOCIE A LA MANIFESTATION ANELASTIQUE DE LA TRANSITION VITREUSE DU RESEAU POLYEPOXY S'EST REVELE DELICAT A ETUDIER DU FAIT DE LA DEGRADATION THERMIQUE DE LA MATRICE POLYEPOXY ET D'UN EFFET DE PYROFLUAGE LIE A LA MORPHOLOGIE DES COMPOSITES. AUX BASSES TEMPERATURES, LE MODE BETA, ASSOCIE AUX MOUVEMENTS LOCALISES DE SEGMENTS DE CHAINES DU RESEAU EST DECELE VERS LES BASSES TEMPERATURES PAR RAPPORT AU RESEAU SANS RENFORT. CE DECALAGE EST ASSOCIE A UN AVANCEMENT PLUS LIMITE DE LA CUISSON DES COMPOSITES. LA SPECTROSCOPIE DE FLUAGE THERMOSTIMULE CONFIRME LA NATURE COMPLEXE DE CE MODE. A TEMPERATURE AMBIANTE, LE MODE OMEGA EST RELIE A L'EXISTENCE DE ZONES PARTIELLEMENT RETICULEES DU RESEAU. PARTICULIEREMENT INTENSE DANS LE CAS DU RESEAU SANS RENFORT, CE MODE N'APPARAIT PAS SUR LES SPECTRES COMPLEXES DES COMPOSITES. LA RESOLUTION EXPERIMENTALE DE CES SPECTRES PAR FLUAGE THERMOSTIMULE MONTRE NEANMOINS SON EXISTENCE ET SA NATURE COMPLEXE. L'INFLUENCE DU RENFORT SUR CE MODE A ETE ASSOCIE A UNE RETICULATION DU RESEAU DIFFERENTE EN PRESENCE DES FIBRES. DE PLUS, LA COMPARAISON DU MODE OMEGA DE DEUX COMPOSITES D'ENSIMAGES DIFFERENTS REVELE UNE INFLUENCE PARTICULIERE DE LA NATURE DE L'ENSIMAGE SUR LA MICROSTRUCTURE DU RESEAU
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CETTE ETUDE SE SITUE DANS LE CONTEXTE GENERAL DE LA CARACTERISATION DU COMPORTEMENT EN CISAILLEMENT DE COMPOSITES A FIBRES DE CARBONE OU VERRE ET MATRICE POLYMERE. LES EPROUVETTES PARALLELEPIPEDIQUES A FIBRES LONGITUDINALES OU TRANSVERSES SONT SOUMISES A DES ESSAIS DE FLUAGE EN TORSION AUX DIFFERENTS TAUX D'HUMIDITE RELATIVE 0, 60, 80 ET 96% A LA TEMPERATURE CONSTANTE DE 60#C. UNE ETUDE INTRODUCTIVE RAPPELLE LE PROBLEME DE LA CARACTERISATION DES PROPRIETES DE CISAILLEMENT ET LES BASES THEORIQUES DU PROBLEME DE TORSION. LES PHENOMENES D'ABSORPTION D'EAU DES COMPOSITES A MATRICE ORGANIQUE SONT EGALEMENT PRESENTES. LA CONCEPTION ET LA REALISATION DES MACHINES D'ESSAIS DE FLUAGE EN TORSION SIMPLES PEU ENCOMBRANTES ET DE COUT DE FABRICATION RAISONNABLE SONT ENSUITE DECRITES. CES MACHINES PERMETTENT D'EFFECTUER DES ESSAIS EN PARALLELE DANS LES ENCEINTES DE CONDITIONNEMENT. LES CINETIQUES D'ABSORPTION D'EAU SONT MODELISES A PRIORI PAR LA LOI DE FICK. LE CHOIX D'UN BARREAU COMPOSITE DE SECTION DROITE CARREE A FIBRES LONGITUDINALES OU TRANSVERSES PERMET EN PRINCIPE DE DETERMINER LES DIFFUSIVITES EFFECTIVES SUIVANT LES TROIS DIRECTIONS X, Y ET Z DE L'EPROUVETTE. TROIS COMPOSITES A MATRICE POLYMERE ONT ETE ETUDIES: DEUX MATERIAUX A BASE DE FIBRES DE VERRE E UNIDIRECTIONNELLES ET TISSEES ET UN MATERIAU A FIBRES DE CARBONE UNIDIRECTIONNELLES. L'ABSORPTION D'EAU SUIVANT LA DIRECTION DES FIBRES EST EN GENERAL PLUS RAPIDE QUE SUIVANT LA DIRECTION TRANSVERSE, ON CARACTERISE AINSI L'ANISOTROPIE DE LA DIFFUSION MACROSCOPIQUE DES COMPOSITES UNIDIRECTIONNELS. DE PLUS LES DIFFUSIVITES EXPERIMENTALES DU COMPOSITE RENFORCE PAR UN TISSU D VERRE EQUILIBRE SONT PRATIQUEMENT INDEPENDANTES DES HUMIDITES RELATIVES ET DE L'ORIENTATION CHAINE ET TRAME. LES ESSAIS DE FLUAGE D'ECHANTILLONS SATURES, TESTES A DIFFERENTS COUPLES, PERMETTENT L'ETUDE DE LA VARIATION DE LA COMPLAISANCE DE CISAILLEMENT DANS LE TEMPS EN FONCTION DE LA QUANTITE D'EAU ABSORBEE. LES COURBES DE COMPLAISANCE LES PLUS MARQUANTES SONT CELLES DES ECHANTILLONS VERRE/EPOXYDE CONDITIONNES A 80 ET 96% HR OU L'ON MET EN EVIDENCE LA GRANDE SENSIBILITE DU COMPORTEMENT EN CISAILLEMENT A LA CONCENTRATION EN EAU. EN OUTRE L'ENDOMMAGEMENT OBSERVE DES ECHANTILLONS A FIBRES LONGITUDINALES SE TRADUIT PAR DES FISSURES LONGITUDINALES SUIVANT LA DIRECTION DES FIBRES ALORS QUE LES TRANSVERSES SE ROMPENT EN TRACTION TRANSVERSE. ENFIN, LES COURBES MAITRESSES OBTENUES ET LA COURBE D'EVOLUTION DU FACTEUR DE GLISSEMENT EN FONCTION DE LA CONCENTRATION EN EAU PERMETTENT RAISONNABLEMENT DE PREVOIR LE COMPORTEMENT DU MATERIAU DANS UN LARGE DOMAINE TEMPS-CONCENTRATION EN EAU
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Pour étendre l'utilisation des composites dans des applications plus variées (applications intelligentes et multifonctionnelles), l'une des barrières est leur faible conductivité électrique et thermique. Dans le cas de composites renforcés par des fibres de carbone, la matrice organique est responsable des propriétés isolantes du composite résultant. L'une des solutions pour améliorer les conductivités des matériaux est l'utilisation des nanocharges conductrices. L'amélioration des propriétés électriques et thermiques des polymères nanochargés est une problématique récurrente dans la littérature. Cependant, étudier les propriétés des composites à fibre de carbone continue et nanochargés est moins abordée. Ce travail porte sur la fabrication et la caractérisation des composites nanochargés par du noir de carbone et des nanotubes de carbone. Tout d'abord, un intérêt particulier a été accordé à la phase délicate de la fabrication. Comme mentionné ci-dessus, la mise en œuvre des composites à renfort continu et matrice nanochargée implique des problèmes liés à l'agglomération et à la dispersion inhomogène des nanocharges dans le composite final. Pour résoudre ces problèmes, le choix de la matrice thermoplastique (Polyamide 6) était judicieux. En fait, la dispersion des nanocharges a été faite par extrusion bi-vis qui est connue comme l'une des voies les plus efficaces de séparation d'agglomérats. De plus, la méthode de fabrication à base de films de Polyamide 6, appelée film stacking, assure une partition homogène dès le début du processus. Des observations MEB ont été effectuées pour localiser les nanoparticules. Ceux-là ont montré que les particules pénétraient dans la zone des fibres. En effet, en atteignant le cœur des torons, les nano-charges ont créé un réseau de connectivité entre les fibres pour le passage de courant. Ceci explique l'amélioration constatée de la conductivité électrique des composites en présence de noir de carbone et des nanotubes de carbone. Ces essais ont été réalisés avec la méthode à 4 points. La conductivité électrique du composite à matrice « pure » est passée de 20S / cm à 80S / cm en ajoutant 8% en poids de noir de carbone et à 15S / cm en ajoutant 18% en poids de la même charge nanométrique. Pour les nanotubes de carbone, avec 2,5% en poids, la conductivité était d'environ 150S / cm. Pour les propriétés thermiques, des tests basés sur l'effet Joule ont été réalisés. L'augmentation de la température a été enregistrée en utilisant une caméra IR. Les résultats obtenus sont en accord avec ceux de la conductivité électrique, montrant une amélioration du comportement thermique en présence de nanocharges. Grâce à ces résultats, l'utilisation de ces composites comme outil de suivi d'endommagement était possible. Par ailleurs, la méthode de variation de la résistance électrique a été effectuée. Les matériaux nanochargés ont montré une meilleure sensibilité aux endommagements. Les résultats ont été comparés aux outils classiques de suivi d'endommagement. A la fin, plusieurs applications « intelligentes » ont été testées telles que : le composite à gradients de propriétés et des matériaux nanochargés cousus.
Author: Bruno Bouette
Author: Bruno Bouette
Author: Frédéric Busnel
Author: Quentin Benard
Author: R-Riesdam Effendi
Author: BLANDINE.. BARBIER-BOULLENGER
Author: Stéphanie Fouquet
Author: Marco Gigliotti
Author: Laurent Michel
Author: MOHAND-TAYEB.. LACHI
Author: Khalil Hamdi