Rupture des composites unidirectionnels à fibres de carbone et matrice thermodurcissable PDF Download

Author: François-Henri Leroy
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Languages : fr
Pages : 250

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L'APPROCHE CLASSIQUE DE PREVISION DE LA RESISTANCE DES COMPOSITES UNIDIRECTIONNELS CARBONE/RESINE THERMODURCISSABLE A PARTIR DES PROPRIETES DES FIBRES ET DE L'INTERFACE FIBRE/MATRICE EST MISE A L'EPREUVE DANS LE CADRE DES SYSTEMES A HAUTES PERFORMANCES (ADHESION ELEVEE, RESINE FORTEMENT RETICULEE). LA CARACTERISATION DE L'INTERFACE EN TERMES DE CRITERE DE RUPTURE ET DE FROTTEMENT EST ALORS GENERALEMENT REALISEE PAR L'ESSAI DE DECHAUSSEMENT. APRES AVOIR PRECISE LES LIMITES DE CELUI-CI ET DE SES INTERPRETATIONS ACTUELLES GRACE A UNE MODELISATION NUMERIQUE ET ANALYTIQUE APPROFONDIE (CONTRAINTES RESIDUELLES THERMIQUES, EFFETS DE BORD, TRIAXIALITE), NOUS SOMMES AMENES A PROPOSER UN NOUVEL ESSAI PERMETTANT DE DETERMINER L'ENERGIE DE DECOHESION (APPLICATION AU SYSTEME T800/5250). LA STATISTIQUE DE RUPTURE DES FIBRES T800, SUJETTE A DES ESTIMATIONS CONTRADICTOIRES, EST ENSUITE ECLAIRCIE. LA MODELISATION DE LA RUPTURE DE LA STRUCTURE FIBREUSE EXEMPTE DE RESINE PEUT ALORS ETRE ENTREPRISE. CETTE ETAPE INTERMEDIAIRE PERMET DE VALIDER L'IDEALISATION DU FAISCEAU DE FIBRES. LA MODELISATION CLASSIQUE DE L'ENDOMMAGEMENT DU COMPOSITE EST ENFIN AMELIOREE ET CONDUIT, MALGRE LES APPROXIMATIONS SYSTEMATIQUEMENT AFFAIBLISSANTES DE CE TRAVAIL, A UNE SURESTIMATION DE LA RESISTANCE DE PRES DE 50%, L'EFFET DE RENFORCEMENT RESULTANT DE LA LIAISON FIBRE/MATRICE ETANT SURESTIME D'UN FACTEUR 2. CECI EST ATTRIBUE A UN DECLENCHEMENT ANTICIPE DE LA RUPTURE QUI SERAIT PROVOQUE PAR LA PENETRATION DES FISSURES MATRICIELLES DANS LES FIBRES SOUS SOLLICITATION LOCALE DYNAMIQUE

Author: R-Riesdam Effendi
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Languages : fr
Pages : 169

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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

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: Bruno Bouette
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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.

Author: GILLES.. NAVARRE
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Languages : fr
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LES TRAVAUX DE RECHERCHE ONT CONSISTE EN L'ETUDE DES MECANISMES D'ENDOMMAGEMENT ET DE RUPTURE DES MATERIAUX COMPOSITES A FIBRE ET A MATRICE CERAMIQUE. CES MATERIAUX, ELABORES PAR LA SOCIETE EUROPEENNE DE PROPULSION, SONT CONSTITUES D'UNE MATRICE DE CARBURE DE SILICIUM ET D'UNE STRUCTURE FIBREUSE, SOIT DE CARBONE (COMPOSITE C/SIC), SOIT DE CARBURE DE SILICIUM (COMPOSITE SIC (NICALON)-SIC). SUR LE PLAN MACROSCOPIQUE, L'ETUDE DU COMPORTEMENT A LA RUPTURE DES DEUX MATERIAUX S'APPUIE LARGEMENT SUR LA TECHNIQUE DES COURBES DE RESISTANCE A LA PROPAGATION DE FISSURE (COURBE R). L'ETUDE EXPERIMENTALE PERMET, D'UNE PART LA CARACTERISATION THERMOMECANIQUE DU COMPORTEMENT DE CES MATERIAUX SOUS DIVERSES CONDITIONS DE TRAITEMENTS CHIMIQUES ET THERMIQUES. D'AUTRE PART, AU VU DES RESULTATS PRECEDENTS, LA VALIDITE DES COURBES R EST DISCUTEE. CETTE ANALYSE EST COMPLETEE PAR UNE CARACTERISATION FINE DE LA FISSURE PAR RADIOGRAPHIE X ET MARQUAGE THERMIQUE. DANS LE COMPOSITE SIC/SIC, LA ZONE ENDOMMAGEE, CONSTITUEE PRINCIPALEMENT D'UNE FISSURE MATRICIELLE PONTEE PAR DES FIBRES, EST LE SIEGE DE L'ABSORPTION D'ENERGIE PAR FROTTEMENT FIBRES-MATRICE, ET LE PHENOMENE D'EXTRACTION DE FIBRES EST A L'ORIGINE DU COMPORTEMENT NON FRAGILE. LA MODELISATION THEORIQUE DE CE PHENOMENE CONDUIT A LA DETERMINATION DES DISTRIBUTIONS DE LONGUEURS EXTRAITES QUI, RELIEES A L'ANALYSE MORPHOLOGIQUE DES FACIES DE RUPTURE, PERMET DE CONCLURE SUR LE TRANSFERT DE CHARGE FIBRE-MATRICE. UNE EBAUCHE DU CALCUL DES DIFFERENTS TERMES ENERGETIQUES CONFIRME LA PART IMPORTANTE DU MECANISME D'EXTRACTION DE FIBRES. LES RESULTATS THEORIQUES SONT COMPARES A L'ETUDE EXPERIMENTALE AFIN DE PRECISER LE COMPORTEMENT THERMOMECANIQUE DES MATERIAUX ET LES PARAMETRES MICROMECANIQUES QUI INTERVIENNENT

Author: Isabelle Grandsire-Vinçon
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Languages : fr
Pages : 222

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L'étude qui a été réalisée afin de mieux comprendre le comportement en compression des composites présente deux aspects : d'une part, la qualification de méthodes d'essais de compression sur composites, d'autre part, la mise en ouvre d'un essai micromécanique sur éprouvette monofilamentaire afin de solliciter la fibre de carbone en compression. Il apparait que la rupture d'un composite en compression est fortement dépendante du mode de sollicitation (compression axiale ou flexion), ainsi que du type d'empilement. Dans le cas d'essais de compression directe, les résultats les plus disperses sont obtenus pour un composite unidirectionnel ; les déformations à rupture sont augmentées lorsqu'on utilise des empilements croises. Les déformations en compression les plus élevées sont atteintes en induisant la sollicitation par flexion avec le montage de flambage rotule qui a été développé, mais la rupture se produit alors sur la face en traction. Les essais micromécaniques, interprétés à l'aide d'une modélisation analytique du microflambage de la fibre, montrent que la déformation à rupture d'une fibre de carbone haute résistance en compression est largement plus élevée que celle d'un composite. On peut donc en conclure que la rupture en compression du composite est déclenchée par un effet combine fibres/matrice : le microflambage coopératif des fibres et le support moindre de la matrice dans le cas du composite favorisent une rupture prématurée par rapport au cas de l'éprouvette monofilamentaire

Author: Shan Jin Wang
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Languages : fr
Pages : 144

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Une étude a été menée sur l'endommagement d'un composite unidirectionnel fibres de verre/matrice époxyde, en traction monotone et en fatigue de traction ondulée. En traction monotone, l'endommagement dans le composite se fait essentiellement par rupture de fibres, suivies de délaminages. En fatigue de traction ondulée, deux différents processus d'endommagement existent. À forts niveaux de chargement applique, l'endommagement est caractérisé par rupture de fibres. Par contre, à faibles niveaux de chargement appliqué, un autre mécanisme d'endommagement associé aux ruptures d'interfaces devient prépondérant. pour décrire les mécanismes d'endommagement à une échelle microscopique, nous avons proposé d'une part un modèle analytique qui permet de déterminer l'effet de la contrainte de cisaillement crée par la rupture des fibres, et d'autre part un modèle de calcul par la méthode des éléments finis, qui permet de montrer la compétition entre deux types de concentrations de contraintes, et ainsi de mettre en évidence l'effet de la fraction volumique locale de fibres sur la séquence d'endommagement. Nous avons également mis en évidence l'effet des défauts d'alignement de fibres dans les mécanismes d'endommagement. Nous avons pu montrer que la rupture de fibres se fait dans les faisceaux de fibres relativement bien alignes sous l'effet de tension, et la rupture interfacique se fait dans les faisceaux de fibres mal alignes sous l'effet de cisaillement.

Author: Nicolas Legrand
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Languages : fr
Pages : 162

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Ce travail a essayé de comprendre l'origine physique de la rupture en fatigue à haute température des composites à matrice métallique SCS6/TA6V, SM1140+/Ti6242 et SCS6/Ti6242. Le comportement en fatigue du matériau a été étudié selon deux orientations : longitudinale (axe de chargement parallèle à l'axe des fibres) et transversale (axe de sollicitation perpendiculaire à l'axe des fibres). En fatigue longitudinale, effectuée à 450 et 550°C sur le SCS6/TA6V, trois processus majeurs d'endommagement ont été identifiés : le report de charge global de la matrice aux fibres lié à son adoucissement cyclique, la dégradation locale des interfaces au droit des ruptures de fibres et la dégradation des propriétés à rupture du renfort par l'environnement. Les cinétiques d'endommagement de ces différents mécanismes ont pu être évaluées grâce à des observations et à l'émission acoustique. Un modèle micromécanique, prenant en compte le comportement statistique des fibres, a alors permis de confirmer et de quantifier l'influence de ces trois mécanismes d'endommagement sur la rupture en fatigue de composite. Il a ainsi été montré qu'à des niveaux de sollicitation suffisamment élevés (contrainte supérieure à 1000MPa), la dégradation locale des interfaces au droit des ruptures de fibres peut conditionner à elle seule la durée de vie en fatigue du composite. Enfin, en se basant sur les résultats expérimentaux d'émission acoustique, le modèle a permis, au moins semi quantitativement, d'être prédictif en cinétique d'endommagement et en rupture.

Author: Gilles Forêt
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Languages : fr
Pages : 164

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NOUS NOUS INTERESSONS DANS CE TRAVAIL A LA RUPTURE EN TRACTION DES MATERIAUX COMPOSITES UNIDIRECTIONNELS DANS LA PERSPECTIVE DE LEUR UTILISATION COMME CABLES DE PRETRAINTE. LE COMPORTEMENT DE TYPE ELASTIQUE-FRAGILE DE CES MATERIAUX IMPOSE DE PRENDRE EN COMPTE L'ALEA DE RESISTANCE, AFIN DE PREDIRE LES EFFETS D'ECHELLE. POUR ETUDIER CE PROBLEME, NOUS AVONS SIMULE NUMERIQUEMENT LA RUPTURE DES COMPOSITES UNIDIRECTIONNELS A L'AIDE D'UN MODELE MECANIQUE A CINEMATIQUE UNIAXIALE. NOUS AVONS REALISE POUR CHAQUE GEOMETRIE UN TRES GRAND NOMBRE DE SIMULATIONS AFIN D'OBTENIR UNE STATISTIQUE DE RUPTURE AU VOISINAGE DES FAIBLES RESISTANCES TRES PRECISES. NOUS AVONS ETUDIE DEUX MECANISMES D'ENDOMMAGEMENT, RUPTURE DES FILS ET DECOHESIONS ENTRE FILS (UN FIL PEUT ETRE CONSTITUE D'UNE OU PLUSIEURS FIBRES, SA SECTION ETANT CARACTERISTIQUE DE LA FINESSE DE DISCRETISATION DU MODELE). NOUS AVONS ALORS CONSTATE QU'UN EFFET D'ECHELLE DE LONGUEUR DE TYPE CHAINE DECRIVAIT CORRECTEMENT NOS SIMULATIONS DE RUPTURE POUR DIFFERENTES LONGUEURS DES QUE L'ON POUVAIT NEGLIGER LES EFFETS D'EXTREMITE ET, D'UN POINT DE VUE PRATIQUE, QUE LA QUEUE DE DISTRIBUTION DES FAIBLES RESISTANCES N'OBEIT PLUS A UNE LOI DU TYPE RUPTURE DE LA STRUCTURE AU PREMIER ENDOMMAGEMENT. L'EXTRAPOLATION DES COURBES DE DISTRIBUTION DES RESISTANCES A PERMIS DE PROPOSER LE CONCEPT DE RESISTANCE UTILE D'UN JONC EN ACCEPTANT UNE CERTAINE PROBABILITE DE RUPTURE. CETTE RESISTANCE UTILE PEUT ETRE TRES LARGEMENT SUPERIEURE A CELLE UTILISEE ACTUELLEMENT EN APPLIQUANT UN COEFFICIENT DE SECURITE DE 0,5 A LA RESISTANCE MOYENNE. L'UTILISATION DE CE CONCEPT DE RESISTANCE UTILE POURRAIT ALORS REDUIRE LA QUANTITE DE MATIERE ET EVIDEMMENT LES COUTS. UN AUTRE APPORT DU TRAVAIL EST ISSU DE L'ETUDE DES EFFETS D'ECHELLE DE SECTION. NOUS SOMMES EN EFFET ARRIVES A DEMONTRER QUE POUR UN USAGE DONNE (LONGUEUR, PROBABILITE DE RUPTURE ADMISSIBLE) IL EXISTE UNE SECTION OPTIMALE DE JONC DONNANT LA MEILLEURE RESISTANCE UTILE

Author: Jean-Marie Berthelot
Publisher: Springer
ISBN: 9781461268031
Category : Technology & Engineering
Languages : en
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Mechanical engineering, an engineering discipline borne of the needs of the in dustrial revolution, is once again asked to do its substantial share in the call for industrial renewal. The general call is urgent as we face profound issues of produc tivity and competitiveness that require engineering solutions, among others. The Mechanical Engineering Series features graduate texts and research monographs intended to address the need for information in contemporary areas of mechanical engineering. The series is conceived as a comprehensive one that covers a broad range of concentrations important to mechanical engineering graduate education and re search. We are fortunate to have a distinguished roster of consulting editors on the advisory board, each an expert in one of the areas of concentration. The names of the consulting editors are listed on the next page of this volume. The areas of concentration are applied mechanics, biomechanics, computational mechan ics, dynamic systems and control, energetics, mechanics of materials, processing, thermal science, and tribology.