Détermination des contraintes résiduelles dans les matériaux composites stratifiés et étude de leur influence sur le comportement mécanique PDF Download
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Book Description
Ce travail s'inscrit dans le cadre d'une démarche globale embrassant l'ensemble des problèmes liés aux contraintes résiduelles de cuisson dans les matériaux composites stratifiés. La première partie de ce mémoire est dédiée à l'adaptation de la méthode du trou incrémental aux cas des matériaux composites stratifiés. La mise au point d'une procédure autoimatique permet la détermination numérique des coefficients de calibration nécessaires aux calculs des contraintes résiduelles et augmente sensiblement l'attrativité de cette méthode. Ensuite, le champ d'application et de validité de celle-ci est mis en évidence grâce notamment à l'étude de l'influence de différents paramètres expérimentaux tels que la profondeur des incréments de perçage et la position relative entre les jauges de déformation et le trou. La méthode ainsi optimisée est utilisée pour déterminer le champs des contraintes résiduelles introduits par différents cycles de cuisson. La modification de vitesse de refroidissement en fin de cycle, l'ajout d'une post-cuisson de durée variable ainsi que l'introduction d'un troisième palier isotherme sont étudiés afin d'établir une hiérarchisation des solutions liées à la réduction des contraintes résiduelles. Enfin, l'influence des contraintes résiduelles sur le comportement mécanique en traction et en torsion est mise en évidence. Le suivi qualitatif et quantitatif de l'endommagement au cours des différentes sollicitations est réalisé grâce à l'utilisation de la technique de l'émission acoustique. Il en ressort, entre autre, que la présence d'un niveau élevé de contraintes résiduelles conduits à l'amorçage prématuré de l'endommagement au sein du stratifié
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Ce travail s'inscrit dans le cadre d'une démarche globale embrassant l'ensemble des problèmes liés aux contraintes résiduelles de cuisson dans les matériaux composites stratifiés. La première partie de ce mémoire est dédiée à l'adaptation de la méthode du trou incrémental aux cas des matériaux composites stratifiés. La mise au point d'une procédure autoimatique permet la détermination numérique des coefficients de calibration nécessaires aux calculs des contraintes résiduelles et augmente sensiblement l'attrativité de cette méthode. Ensuite, le champ d'application et de validité de celle-ci est mis en évidence grâce notamment à l'étude de l'influence de différents paramètres expérimentaux tels que la profondeur des incréments de perçage et la position relative entre les jauges de déformation et le trou. La méthode ainsi optimisée est utilisée pour déterminer le champs des contraintes résiduelles introduits par différents cycles de cuisson. La modification de vitesse de refroidissement en fin de cycle, l'ajout d'une post-cuisson de durée variable ainsi que l'introduction d'un troisième palier isotherme sont étudiés afin d'établir une hiérarchisation des solutions liées à la réduction des contraintes résiduelles. Enfin, l'influence des contraintes résiduelles sur le comportement mécanique en traction et en torsion est mise en évidence. Le suivi qualitatif et quantitatif de l'endommagement au cours des différentes sollicitations est réalisé grâce à l'utilisation de la technique de l'émission acoustique. Il en ressort, entre autre, que la présence d'un niveau élevé de contraintes résiduelles conduits à l'amorçage prématuré de l'endommagement au sein du stratifié
Author: Thinh Tran Ich Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 320
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LE TRAVAIL PRESENTE A POUR OBJET L'EVALUATION EXPERIMENTALE DU COMPORTEMENT MECANIQUE ET DE L'ENDOMMAGEMENT ANISOTROPES D'UN MATERIAU COMPOSITE TISSU DE VERRE:RESINE EPOXYDE. UNE METHODOLOGIE EXPERIMENTALE, SPECIFIQUE POUR LES MATERIAUX COMPOSITES, A ETE MISE AU POINT, EN PARTICULIER POUR LES ESSAIS HORS-AXES. LES ESSAIS ONT ETE REALISES POUR DIFFERENTES ORIENTATIONS DES EPROUVETTES EN COMPRESSION SIMPLE ET EN TRACTION SIMPLE MONOTONES CROISSANTES ET CYCLIQUES, AINSI QU'EN COMPRESSION SOUS DIFFERENTES PRESSIONS DE CONFINEMENT. LES PHENOMENES SUIVANTS ONT ETE MIS EN EVIDENCE: LA FORTE ANISOTROPIE DU MATERIAU; LA FORTE SENSIBILITE AU SIGNE DES CONTRAINTES NORMALES; LA TRANSITION DU COMPORTEMENT ET DES MECANISMES D'ENDOMMAGEMENT ET DE RUPTURE ENTRE LES ORIENTATIONS A 15 ET A 30 DE LA DIRECTION DES FIBRES DE CHAINE DU TISSU; LA NON-COINCIDENCE DES DIRECTIONS PRINCIPALES DES CONTRAINTES ET DES DEFORMATIONS DANS LES ESSAIS HORS-AXES; L'APPARITION DE DEFORMATIONS IRREVERSIBLES DES LE DEBUT DU CHARGEMENT; L'APPARITION DE BOUCLES D'HYSTERESIS. L'ENDOMMAGEMENT DU MATERIAU A ETE EVALUE, EN FONCTION DE L'ORIENTATION DES CONTRAINTES, PAR L'EVOLUTION DES MODULES DE DEFORMATION AXIAUX, CROISES TANGENTS ET DE CISSION. POUR DES ETATS DE CONTRAINTES COMPLEXES, LE CRITERE DE TSAI ET WU SOUS-ESTIME LES RESISTANCES DIRECTIONNELLES; LE CRITERE DE BOEHLER PREVOIT CORRECTEMENT LE COMPORTEMENT DU MATERIAU
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LES MATERIAUX COMPOSITES A MATRICE METALLIQUE, RENFORCES PAR DES FIBRES LONGUES OU DISCONTINUS, SONT SUSCEPTIBLES D'ETRE APPELES A UN DEVELOPPEMENT IMPORTANT DANS LES DOMAINES DE HAUTE TECNOLOGIE; CEPENDANT, PLUSIEURS QUESTIONS RESTENT OUVERTES QUANT AUX PARAMETRES QUI CONTROLENT LEURS PROPRIETES MECANIQUES: INFLUENCE DES CONTRAINTES INTERNES D'ORIGINE THERMIQUE, NATURE DU TRANSFERT DE CHARGE ENTRE FIBRE ET MATRICE, DEVELOPPEMENT DE L'ENDOMMAGEMENT DANS LE COMPOSITE. POUR APPORTER DES ELEMENTS DE REPONSE A CES QUESTIONS, NOUS AVONS TRAITE LES PROBLEMES SUIVANTS: 1) MODELISATION ANALYTIQUE D'UN COMPOSITE MONOFILAMENTAIRE AVEC DETERMINATION DES CONTRAINTES RESIDUELLES D'ORIGINE THERMIQUE ET ETUDE DE LEUR EVOLUTION LORS D'UNE TRACTION SUR L'EPROUVETTE; 2) SIMULATION PAR ELEMENTS FINIS DE LA RUPTURE DE LA FIBRE, L'INTERFACE ETANT MODELISEE PAR UNE LIGNE DE GLISSEMENT AVEC FROTTEMENT DE COULOMB. L'ETUDE DU RETRAIT ENTRE LES DEUX BOUTS DE FIBRE PERMET DE JUGER DE LA QUALITE DE L'INTERFACE; 3) MODELISATION DU COMPOSITE A RENFORTS DISCONTINUS. DANS UN PREMIER TEMPS EST TRAITE LE CAS D'UN COMPOSITE A FIBRES PARALLELES ET REPARTIES PERIODIQUEMENT ET LES PROPRIETES MECANIQUES SONT DETERMINEES EN FONCTION DE DIFFERENTS PARAMETRES: FRACTION VOLUMIQUE DES FIBRES, GEOMETRIE DU RENFORT, TAILLE DES PARTICULES. PUIS NOUS DONNONS UNE METHODE DE TYPE BORNE SUPERIEURE POUR APPROCHER LE COMPORTEMENT D'UN COMPOSITE DONT LES FIBRES SONT REPARTIES ALEATOIREMENT
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.
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L'OBJET DE CE TRAVAIL EST L'ANALYSE, PAR DES METHODES NUMERIQUES, DU COMPORTEMENT MECANIQUE DES COMPOSITES STRATIFIES A RENFORTS TISSUS. LA STRUCTURE INTERNE DE CES MATERIAUX HETEROGENES PRESENTANT UNE DISTRIBUTION SPATIALE PERIODIQUE, CETTE ANALYSE A ETE DEVELOPPEE DANS LE CADRE DE LA THEORIE DE L'HOMOGENEISATION DES MILIEUX PERIODIQUES, PAR L'APPLICATION DE LA METHODE DES MOYENNES. LA MISE EN UVRE DE CETTE METHODE NUMERIQUE A ETE EFFECTUEE PAR LA METHODE DES ELEMENTS FINIS, EN UTILISANT LE CODE DE CALCUL MODULEF. LES VALEURS DES COEFFICIENTS ELASTIQUES HOMOGENEISES DU COMPOSITE A RENFORTS TISSUS DU GRECO COMPORTEMENT MECANIQUE DES COMPOSITES A FIBRES ONT ETE CALCULEES ET COMPAREES AVEC LES DONNEES EXPERIMENTALES DISPONIBLES. L'INFLUENCE SUR CES VALEURS DE PLUSIEURS PARAMETRES GEOMETRIQUES, PHYSIQUES ET NUMERIQUES A ETE ANALYSEE. LA LIAISON ENTRE LES CONSTITUANTS DU MATERIAU A ETE D'ABORD SUPPOSEE PARFAITE, PUIS AFFAIBLIE PAR UN GLISSEMENT ELASTIQUE TANGENTIEL, INTRODUIT DANS LA MODELISATION NUMERIQUE PAR UN ELEMENT D'INTERFACE ADEQUAT; LES RESULTATS OBTENUS ONT ETE COMPARES AVEC CEUX D'UN STRATIFIE CROISE. POUR LA DETERMINATION DES REGIONS LES PLUS SOLLICITEES DE LA MICROSTRUCTURE, LES CHAMPS DES MICROCONTRAINTES DANS LE VOLUME DU COMPOSITE A RENFORTS TISSUS AINSI QUE LES EFFORTS D'INTERFACE MECHE-RESINE, ONT ETE CALCULES POUR DIFFERENTES ORIENTATIONS DE CHARGEMENTS ET VISUALISES SOUS FORME D'ISOVALEURS. PAR L'APPLICATION DE CRITERES DE PLASTICITE ET DE RUPTURE AUX CHAMPS DES MICROCONTRAINTES, LES LIMITES ELASTIQUES ET LES CONTRAINTES DE RUPTURE DU COMPOSITE ONT ETE DETERMINEES POUR DIFFERENTES ORIENTATIONS DE SOLLICITATIONS, PUIS COMPAREES AVEC LES RESULTATS EXPERIMENTAUX
Author: CHARLES.. OMAN NONGA Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 229
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L'ETUDE DE L'ETAT DE SURFACE ET DE CONTRAINTES RESIDUELLES, DEUX DES PRINCIPALES CARACTERISTIQUES QUI ONT UNE INFLUENCE SUR LA TENUE A LA FATIGUE DES PIECES, EST FAITE DE MANIERE PREVISIONNELLE POUR LES MATERIAUX COMPOSITES A MATRICE METALLIQUE (CMM). L'ETUDE PARAMETRIQUE DU GRENAILLAGE A PERMIS DE DETERMINER L'INFLUENCE DU CHOC DES BILLES SUR LA MICROSTRUCTURE SUPERFICIELLE ET LA RUGOSITE INDUITE DANS UN COMPOSITE A MATRICE METALLIQUE. A PARTIR DES OBSERVATIONS MICROSCOPIQUES ET DES MESURES; DE CONTRAINTES RESIDUELLES, DE LA PROFONDEUR PRECONTRAINTE ET DE LA RUGOSITE SUR LES ECHANTILLONS TRAITES, LES INTERVALLES OPTIMAUX DES DIFFERENTS PARAMETRES ONT ETE FIXES. UN MODELE THEORIQUE ANALYTIQUE DEVELOPPE PARALLELEMENT, PERMET DE PREVOIR LES CONTRAINTES RESIDUELLES DE GRENAILLE. UNE COMPARAISON ENTRE LES RESULTATS DE CE MODELE ET LES EXPERIENCES, DONNE UNE CONFRONTATION INTERESSANTE. GRACE AUX ESSAIS DE COUPE PAR FRAISAGE, A L'AIDE DES OUTILS EN CARBURE, LES LIMITES DES PARAMETRES SUIVANTS ONT ETE DEFINIES : LA VITESSE DE COUPE, LA PROFONDEUR DE PASSE ET L'AVANCE PAR DENT. QUATRE GROUPES D'ECHANTILLONS (FRAISES, GRENAILLES, POLIS, GRENAILLES ET POLIS) OBTENUS A PARTIR DES CONDITIONS DE FRAISAGE ET DE GRENAILLAGE PREALABLEMENT DEFINIES, ONT SUBI DES ESSAIS DE FATIGUE EN FLEXION TROIS POINT (R=0,1) ET DES ESSAIS DE RELAXATION. LES RESULTATS OBTENUS MONTRENT QUE LES PIECES FRAISEES ET LES PIECES GRENAILLEES ONT DES LIMITES D'ENDURANCE EGALES ; PAR CONTRE, LES DIFFERENCES SONT OBSERVEES SUR LES PIECES DE REFERENCE POLIES ; CE RESULTAT MONTRE L'INFLUENCE DE L'ETAT DE SURFACE SUR LA TENUE EN FATIGUE DES CMM. LES ESSAIS DE RELAXATION REALISES, MONTRENT QUE LES CONTRAINTES RESIDUELLES INTRODUITES DANS LES CMM EVOLUENT EN FONCTION DU NOMBRE DE CYCLES, DU NIVEAU ET DU SIGNE DU CHARGEMENT COMME POUR LE MATERIAU NON RENFORCE
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L’oxydation conduit à une modification des propriétés mécaniques de la matricepolymère, associée à sa fragilisation, et à la création de déformations résiduelles (retrait) qui induisent l'amorçage et le développement d'endommagements. Avec l’objectif de prévoir l’amorçage de ces endommagements, il est nécessaire de calculer l’état des contraintes à différentes échelles du matériau vieilli. Il faut donc disposer demodèles de comportement du polymère et du composite dépendant du niveau d’oxydation. Deux types de difficultés se présentent : l’une associée à la nature locale de ce phénomène, difficilement captée par des essais classiques (traction, compression...) et l’autre de par l’aspect visqueux du comportement mécanique, qui doit être identifié sur les temps courts et les temps longs. Ce travail – conduit dans le cadre du programme COMPTINN' – est consacré à l'étude des effets de la thermo oxydation sur le comportement mécanique de deux polymères (une résine Epoxy et une résine Polyimide) et des composites associés (à fibres de carbone), ainsi qu'à la caractérisation de l'amorçage des endommagements induits par la thermooxydation de la matrice. Cette étude se compose de trois parties : mise en place d'une nouvelle méthodologie numérique/expérimentale pour l'analyse des effets de la thermo oxydation sur le comportement mécanique local du polymère et le développement d'une loi constitutive appropriée ; mise en place d'une nouvelle approche numérique/expérimentale pour le calcul du champ des retraits matriciels sur la surface des composites UD, conduisant, au cours du vieillissement, à l’amorçage des décohésions fibre/matrice ; développement d'une technique expérimentale pour l'étude de l'interaction mécanique/oxydation au cours d'essais de fatigue de composites stratifiés.
Author: BERTHELOT Jean-Marie Publisher: Lavoisier ISBN: 2743064501 Category : Composite materials Languages : en Pages : 664
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Véritable ouvrage de référence, Matériaux composites apporte l’ensemble des concepts théoriques et pratiques nécessaires à la compréhension du comportement mécanique des matériaux et structures composites. Ainsi, il permet d’établir une synthèse de l’analyse du comportement mécanique et de la théorie des plaques stratifiées ou sandwiches, et d’en appliquer les développements à la résolution des problèmes de flexion, de flambement et de vibrations. Composé de cinq parties, ce traité repose sur une approche fondamentale et unifiée aboutissant à une continuité des concepts et des théories. Illustrée de nombreux exercices d’application des concepts introduits, cette cinquième édition entièrement en couleurs a été actualisée et des commentaires ont été ajoutés afin de mettre en évidence la progression du traité. Après une présentation de la constitution puis de la mise en œuvre des matériaux composites, l’ouvrage développe progressivement les outils nécessaires pour modéliser le comportement mécanique des structures en matériaux composites stratifiés et sandwiches. Il aborde ensuite les problèmes de dimensionnement des structures, montrant comment les outils introduits permettent de modéliser le comportement mécanique des structures en matériaux composites. Le contenu et la progression de Matériaux composites ont été conçus avec pour objectifs principaux : – traiter le matériau composite comme un matériau traditionnel ; – intégrer l’apport des techniques numériques dans la résolution des problèmes de dimensionnement des structures ; – aborder les difficultés de manière progressive afin de faciliter l’accès du lecteur aux divers concepts introduits ; – confronter la modélisation avec le comportement réel des matériaux et des structures. Complet et didactique, cet ouvrage s’adresse aux étudiants de 2e et 3e cycles, aux ingénieurs, aux chercheurs ainsi qu’aux techniciens supérieurs
Author: Olivier Sicot
Author: Olivier Sicot
Author: Zhongmeng Wen
Author: Thinh Tran Ich
Author: FRANCOISE.. HUGOT
Author: Marco Gigliotti
Author: Hichème Ferdjani
Author: CHARLES.. OMAN NONGA
Author: Matteo Minervino
Author: BERTHELOT Jean-Marie
Author: Luc Dupont