Effets de la thermo oxydation sur le comportement mécanique de matériaux composites pour applications aéronautiques PDF Download
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Book Description
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.
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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: 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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Les stratifiés composites exposés à haute température subissent une dégradation induite principalement par la thermo-oxydation de la matrice. Celle-ci se manifeste par la formation d'une couche oxydée de faible épaisseur à la surface des pièces. Ce phénomène superficiel induit une perte de masse et provoque une modification du comportement mécanique. L'objectif de cette étude est la prévision du comportement et l'évolution des propriétés de la matrice époxy et de trois stratifiés époxy-carbone (UD, [03/903]s et [453/-453]s) soumis à un vieillissement isotherme ou un cyclage thermique sous environnement oxydant. Un modèle de simulation fondé sur un schéma standard d'oxydation de la matrice couplé avec l'équation de diffusion de l'oxygène a été mis en place, il permet de prédire le profil de la concentration des produits d'oxydation à partir duquel on détermine les épaisseurs des couches oxydées et les pertes de masse. Ce modèle a été validé dans le cas du vieillissement isotherme et du cyclage thermique du composite UD. L'accord entre la théorie et l'expérience est excellent pour la perte de masse jusqu'à l'apparition des fissures et acceptable pour les épaisseurs de couche oxydée. La thermo-oxydation de la matrice induit une fragilisation de la zone de peau dont les propriétés mécaniques sont différentes de celles du coeur du matériau. L'étude expérimentale des propriétés mécaniques instantanées de la couche oxydée montre une chute du module d'Young et des propriétés à la rupture au cours du vieillissement. De même la ténacité de la couche oxydée de la matrice diminue en fonction de l'avancement de l'oxydation. Les fissures sont créées sur les bords et se propagent vers le coeur de l'échantillon au fur et à mesure que le matériau est vieilli. Elles peuvent induire une fragilisation totale et un changement global du comportement mécanique de l'échantillon.
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L'utilisation d'un composite Carbone/Carbone 2D est envisagée pour des pièces de structure, travaillant entre 150 et 400°C, dans l'aéronautique civile. Dans ce domaine de température, la durabilité de ces matériaux n'est pas connue car ils n'ont jamais été développés pour de telles applications. Une première approche a permis de corréler la réactivité chimique des constituants élémentaires (fibres et matrices) à leur état d'organisation structurale. Les vieillissements réalisés sur matériau composite ont ensuite mis en évidence qu'un faible taux d'oxydation pouvait conduire à un abaissement significatif des propriétés mécaniques résiduelles. Les fissures et les décohésions consécutives au procédé d'élaboration conduisent à une oxydation préférentielle du composé le plus réactif et à la ruine prématurée du composite par délaminage. L'évolution des propriétés de ce matériau sur de longues durées est finalement discutée afin d'évaluer sa capacité à remplacer les matériaux métalliques dans des pièces aéronautiques.
Author: Yueguo Lin Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 168
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Les matériaux composites – de par leurs propriétés spécifiques élevées – sont l’une des classes de matériaux permettant de fabriquer des structures aéronautiques plus légères pour une meilleure performance énergétique des aéronefs et une réduction conséquente des émissions de CO2. Les composites à matrice polymère renforcée par des fibres de carbone(CFRP) sont de plus en plus utilisés dans l’industrie aéronautique civile pour la réalisation de parties structurales, dontrécemment les panneaux de fuselage. L’intégration des CFRPs dans ces structures ne se fait pas sans difficultés : le fuselage – normalement soumis aux charges de lapressurisation – peut être soumis à des chocs/impacts, particulièrement dommageables pour les composites, et exposé à l’agression de l’environnement (température, humidité, liquides de refroidissement, ...).Le fuselage est aussi le siège de sollicitations de nature électrique, telles que celles liées au retour de courant à la masse ou aufoudroiement : bien que des réseaux secondaires de câbles électriques et de grillages métalliques soient prévus afin de supporterces charges, l’action de courants de fuite, transitant à travers les jonctions boulonnées et rivetées, et les fortes différences depotentiel électrique dans l’épaisseur du fuselage, conséquences du foudroiement, peuvent activer le couplage thermoélectrique et conduire à des échauffements localisés de ces structures. Les phénomènes liés à ce type de couplage peuvent êtreparticulièrement marqués dans les CFRPs – les matrices polymères étant électriquement et thermiquement quasi-isolantes, lecomportement thermoélectrique global du composite étant fortement anisotrope – et méritent d’être approfondis. L’intégrationde micro et nano charges – en particulier les nanotubes de carbone (NTCs) – dans les résines polymères ou à l’interfacefibre/matrice peut globalement améliorer ce comportement mais il s’agit d’une solution technologique qui nécessite encore d’être explorée en détail. Ce travail est consacré à la caractérisation du comportement thermoélectrique anisotrope de matériaux CFRPs - chargés ou nonchargés en NTCs. Cette caractérisation comprend : · la mesure des valeurs de résistivité/conductivité électrique et de leur évolution avec la température,· la caractérisation des champs de température induits par le passage de courants électriques,· l’identification des paramètres pour la modélisation du comportement thermoélectrique de ces matériaux et pour l’interprétation des essais,· la caractérisation de l’effet d’un vieillissement humide sur les valeurs de résistivité/conductivité électrique du composite.
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L'étude du comportement d'une nouvelle génération de COX stratifiés (UD) est menée. Une comparaison avec les COX tissés (2D), plus largement étudiés dans la littérature, est proposée. La démarche de compréhension du comportement mécanique de ces deux matériaux s'articule autour d'une étude expérimentale, et d'une étude numérique. Pour l'analyse expérimentale, des essais de traction multi-instrumentés sont effectués pour caractériser les mécanismes d'endommagement. La différence de microstructure générée par les fissures de retrait joue un rôle majeur dans les mécanismes d'endommagement matriciels. Une méthode de modélisation multi-échelle micro-méso se basant sur une approche d'endommagement continu est ensuite mise en place pour répondre à deux objectifs principaux : i) améliorer les éléments de compréhension apportés par la partie expérimentale et ii) étudier l'influence de la microstructure sur le comportement du matériau. Les paramètres du modèle d'endommagement du pli élémentaire sont identifiés à partir de sollicitations virtuelles à l'échelle micro. Cette stratégie permet entre autres de prédire convenablement le comportement d'un stratifié quelconque. Enfin, une analyse de l'effet des concentrations de contraintes est proposée. La combinaison entre analyse expérimentale et analyse numérique permet d'analyser finement le développement de l'endommagement en bord d'entaille. La redistribution des contraintes en bord de singularité géométrique génère pour les deux matériaux une faible sensibilité à l'entaille.
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L’objectif de ce travail est de comprendre, quantifier et prédire les conditions d’amorçage de l’endommagement dans les matériaux composites C/Epoxy aéronautiques soumis à un environnement thermo-oxydant. Un banc d’essai original a été conçu pour maintenir des échantillons composites en température, sous pression de gaz et sous chargement mécanique simultanément, afin d’étudier les couplages qui peuvent apparaître entre les mécanismes de déformation et de thermo-oxydation. D’un autre côté, une modélisation multiphysique est proposée. Elle est construite dans le cadre thermodynamique des milieux réactifs ouverts : cette approche permet de prendre en compte un grand nombre de mécanismes et établit la forme sous laquelle s’expriment leurs couplages. Le modèle est ensuite implanté dans un code de calcul par éléments finis, pour simuler de manière réaliste l’évolution du composite (champs de contraintes et d’éléments d’oxydation) pendant un cycle de thermo-oxydation. Afin de valider le modèle, une confrontation quantitative est effectuée entre les valeurs expérimentales mesurées de la profondeur des retraits matriciels et celles prédites par le modèle. Un bon accord a été trouvé dans diverses configurations, tant que le retrait généré par la thermo-oxydation ne conduit pas à l’endommagement du matériau. Dans le cas contraire, l’apparition de l’endommagement a été détectée et le scénario d’amorçage est maintenant correctement appréhendé. Enfin, une étude prospective est menée en vue de développer une approche multi-échelle, et mettre ce modèle au service de la prédiction de la durée de vie de pièces composites stratifiées.
Author: Sudhangshu Bose Publisher: Butterworth-Heinemann ISBN: 0128047437 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 418
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High Temperature Coatings, Second Edition, demonstrates how to counteract the thermal effects of rapid corrosion and degradation of exposed materials and equipment that can occur under high operating temperatures. This is the first true practical guide on the use of thermally protective coatings for high-temperature applications, including the latest developments in materials used for protective coatings. It covers the make-up and behavior of such materials under thermal stress and the methods used for applying them to specific types of substrates, as well as invaluable advice on inspection and repair of existing thermal coatings. With his long experience in the aerospace gas turbine industry, the author has compiled the very latest in coating materials and coating technologies, as well as hard-to-find guidance on maintaining and repairing thermal coatings, including appropriate inspection protocols. The book is supplemented with the latest reference information and additional support to help readers find more application- and industry-type coatings specifications and uses. Offers an overview of the underlying fundamental concepts of thermally-protective coatings, including thermodynamics, energy kinetics, crystallography and equilibrium phases Covers essential chemistry and physics of underlying substrates, including steels, nickel-iron alloys, nickel-cobalt alloys and titanium alloys Provides detailed guidance on a wide variety of coating types, including those used against high temperature corrosion and oxidative degradation and thermal barrier coatings
Author: Ahmed Belasri Publisher: Springer Nature ISBN: 9811554447 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 659
Book Description
This book highlights peer reviewed articles from the 1st International Conference on Renewable Energy and Energy Conversion, ICREEC 2019, held at Oran in Algeria. It presents recent advances, brings together researchers and professionals in the area and presents a platform to exchange ideas and establish opportunities for a sustainable future. Topics covered in this proceedings, but not limited to, are photovoltaic systems, bioenergy, laser and plasma technology, fluid and flow for energy, software for energy and impact of energy on the environment.
Author: Matteo Minervino
Author: Matteo Minervino
Author: Marco Gigliotti
Author: Walid Trabelsi
Author: Xavier Bertran
Author: Yueguo Lin
Author: Edouard Marin
Author: 
Author: Loïc Olivier
Author: Sudhangshu Bose
Author: Ahmed Belasri