Elasticité et endommagement à haute température de composites fibreux C-SiC PDF Download
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DANS LES COMPOSITES C/SIC, LE DIFFERENTIEL DE DILATATION ENTRE LES FIBRES DE CARBONE ET LA MATRICE DE CARBURE DE SILICIUM ENGENDRE, LORS DU REFROIDISSEMENT POST ELABORATION, LA FORMATION DE MICROFISSURES DANS LA MATRICE. LA PRESENCE DE CES MICROFISSURES CONFERE AU MATERIAU UN COMPORTEMENT MECANIQUE SPECIFIQUE ET CONSTITUE DES VOIES D'ACCES PRIVILEGIEES POUR L'OXYGENE. POUR UNE UTILISATION A HAUTE TEMPERATURE SOUS ATMOSPHERE OXYDANTE, LES COMPOSITES C/SIC DOIVENT DONC ETRE POURVUS D'UNE PROTECTION ANTI-OXYDATION QUI EST, POUR PARTIE, CONSTITUEE D'UNE COUCHE DE SIC (SEAL-COAT) DEPOSEE PAR CVI APRES USINAGE DE LA GEOMETRIE FINALE DE LA PIECE. L'ETUDE DU COMPORTEMENT A HAUTE TEMPERATURE DE CES MATERIAUX A ICI ETE ABORDEE A L'AIDE DE TECHNIQUES ULTRASONORES. LES MESURES DE MODULE D'ELASTICITE AINSI REALISEES ONT, EN PARTICULIER, PERMIS D'ETUDIER LA TENUE A L'OXYDATION D'ECHANTILLONS POURVUS OU NON D'UN SEAL-COAT. EN DEHORS DE TOUT MECANISME D'OXYDATION, L'EVOLUTION DU RESEAU DE MICROFISSURES AVEC LA TEMPERATURE DONNE LIEU A DE FORTES VARIATIONS DU MODULE D'ELASTICITE. SOUS AIR, DEUX STADES D'OXYDATION DES PHASES CARBONEES (FIBRE ET/OU INTERPHASE) ONT ETE MIS EN EVIDENCE SUR DES ECHANTILLONS NON REVETUS. DANS LES PREMIERS INSTANTS, L'OXYDATION D'UNE FAIBLE QUANTITE DE CARBONE DANS LA ZONE MICROPOREUSE DE LA FIBRE ENTRAINE UNE PERTE DE COHESION AU SEIN DU MATERIAU QUI SE TRADUIT PAR UNE FORTE DIMINUTION DU MODULE D'ELASTICITE. PUIS, DANS UN DEUXIEME TEMPS, L'OXYDATION SE PROPAGE VERS LE CUR DES FIBRES ET ENTRAINE UNE PERTE DE MASSE IMPORTANTE. LES CINETIQUES D'OXYDATION ETANT FONCTION DU NOMBRE D'ACCES POUR L'OXYGENE, LA PRESENCE DU SEAL-COAT RALENTIT L'OXYDATION, MAIS LES MECANISMES D'OXYDATION RESTENT IDENTIQUES. L'ETUDE DE L'EFFET DE L'APPLICATION D'UNE CONTRAINTE DE TRACTION SUR L'ENDOMMAGEMENT, A HAUTE TEMPERATURE SOUS ATMOSPHERE NEUTRE, A MIS EN EVIDENCE DES COMPORTEMENTS DIFFERENTS SELON LA TEMPERATURE. CES RESULTATS ONT ETE INTERPRETES SUR LA BASE DES EVOLUTIONS DE LA LIAISON INTERFACIALE
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DANS LES COMPOSITES C/SIC, LE DIFFERENTIEL DE DILATATION ENTRE LES FIBRES DE CARBONE ET LA MATRICE DE CARBURE DE SILICIUM ENGENDRE, LORS DU REFROIDISSEMENT POST ELABORATION, LA FORMATION DE MICROFISSURES DANS LA MATRICE. LA PRESENCE DE CES MICROFISSURES CONFERE AU MATERIAU UN COMPORTEMENT MECANIQUE SPECIFIQUE ET CONSTITUE DES VOIES D'ACCES PRIVILEGIEES POUR L'OXYGENE. POUR UNE UTILISATION A HAUTE TEMPERATURE SOUS ATMOSPHERE OXYDANTE, LES COMPOSITES C/SIC DOIVENT DONC ETRE POURVUS D'UNE PROTECTION ANTI-OXYDATION QUI EST, POUR PARTIE, CONSTITUEE D'UNE COUCHE DE SIC (SEAL-COAT) DEPOSEE PAR CVI APRES USINAGE DE LA GEOMETRIE FINALE DE LA PIECE. L'ETUDE DU COMPORTEMENT A HAUTE TEMPERATURE DE CES MATERIAUX A ICI ETE ABORDEE A L'AIDE DE TECHNIQUES ULTRASONORES. LES MESURES DE MODULE D'ELASTICITE AINSI REALISEES ONT, EN PARTICULIER, PERMIS D'ETUDIER LA TENUE A L'OXYDATION D'ECHANTILLONS POURVUS OU NON D'UN SEAL-COAT. EN DEHORS DE TOUT MECANISME D'OXYDATION, L'EVOLUTION DU RESEAU DE MICROFISSURES AVEC LA TEMPERATURE DONNE LIEU A DE FORTES VARIATIONS DU MODULE D'ELASTICITE. SOUS AIR, DEUX STADES D'OXYDATION DES PHASES CARBONEES (FIBRE ET/OU INTERPHASE) ONT ETE MIS EN EVIDENCE SUR DES ECHANTILLONS NON REVETUS. DANS LES PREMIERS INSTANTS, L'OXYDATION D'UNE FAIBLE QUANTITE DE CARBONE DANS LA ZONE MICROPOREUSE DE LA FIBRE ENTRAINE UNE PERTE DE COHESION AU SEIN DU MATERIAU QUI SE TRADUIT PAR UNE FORTE DIMINUTION DU MODULE D'ELASTICITE. PUIS, DANS UN DEUXIEME TEMPS, L'OXYDATION SE PROPAGE VERS LE CUR DES FIBRES ET ENTRAINE UNE PERTE DE MASSE IMPORTANTE. LES CINETIQUES D'OXYDATION ETANT FONCTION DU NOMBRE D'ACCES POUR L'OXYGENE, LA PRESENCE DU SEAL-COAT RALENTIT L'OXYDATION, MAIS LES MECANISMES D'OXYDATION RESTENT IDENTIQUES. L'ETUDE DE L'EFFET DE L'APPLICATION D'UNE CONTRAINTE DE TRACTION SUR L'ENDOMMAGEMENT, A HAUTE TEMPERATURE SOUS ATMOSPHERE NEUTRE, A MIS EN EVIDENCE DES COMPORTEMENTS DIFFERENTS SELON LA TEMPERATURE. CES RESULTATS ONT ETE INTERPRETES SUR LA BASE DES EVOLUTIONS DE LA LIAISON INTERFACIALE
Author: Marc Huger Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages :
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LE CARACTERE NON FRAGILE DES COMPOSITES SIC/SIC, CONSTITUES DE FIBRES NICALON SIC EX POLYCARBOSILANE DANS UNE MATRICE SIC OBTENUE PAR DEPOT CHIMIQUE EN PHASE VAPEUR, EST ETROITEMENT LIE A L'EXISTENCE D'UNE INTERPHASE PYROCARBONE ENTRE LA FIBRE ET LA MATRICE (COMPOSITES SIC/C/SIC). EN L'ABSENCE DE REVETEMENT DE PROTECTION ANTIOXYDATION, LES PROPRIETES MECANIQUES DE CE MATERIAU SONT SUSCEPTIBLES D'EVOLUER EN PRESENCE D'OXYGENE A HAUTE TEMPERATURE. CETTE ETUDE, ABORDEE PAR L'EMPLOI DE METHODES DE CARACTERISATION NON DESTRUCTIVE, PORTE SUR LES CORRELATIONS EXISTANT ENTRE LE COMPORTEMENT MECANIQUE DE COMPOSITES MODELES SIC/C/SIC BIDIRECTIONNELS ELABORES PAR LA SOCIETE EUROPEENNE DE PROPULSION ET LES PARAMETRES D'ENVIRONNEMENTS: TEMPERATURE, ATMOSPHERE ET PRESSION GAZEUSE. DEUX MONTAGES UTILISANT LA PROPAGATION D'ONDES ULTRASONORES EN MODE BARRE LONGUE POUR ACCEDER IN SITU AU MODULE D'ELASTICITE UNIDIRECTIONNEL DU MATERIAU ONT ETE DEVELOPPES. LE PREMIER PERMET D'ETUDIER L'EFFET DE CYCLAGES THERMIQUES LENTS ENTRE 20C ET 1550C OU DE VIEILLISSEMENTS ISOTHERMES (JUSQU'A 100 HEURES) CONDUITS SOUS ATMOSPHERE CONTROLEE (OXYDANTE OU NON), ET LE DEUXIEME PERMET D'EVALUER L'ENDOMMAGEMENT RESULTANT DE CYCLES DE FATIGUE THERMIQUE SOUS AIR. PAR SA GRANDE SENSIBILITE AUX EVOLUTIONS MICROSTRUCTURALES INTERVENANT DANS LE MATERIAU, LE SUIVI DU MODULE D'ELASTICITE A PERMIS D'ANALYSER LES PROCESSUS D'OXYDATION AFFECTANT LES PROPRIETES INTERFACIALES. LES PRINCIPAUX MECANISMES MIS EN JEU ONT ETE IDENTIFIES ET L'INFLUENCE DE PLUSIEURS PARAMETRES A ETE MISE EN EVIDENCE: DIMINUTION DE MODULE D'YOUNG LIEE A LA COMBUSTION DE L'INTERPHASE CARBONE ET AUGMENTATION DUE A SON REMPLACEMENT PAR DE LA SILICE. UNE MODELISATION PERMET DE COMPRENDRE L'INFLUENCE CAPITALE QUE PEUVENT AVOIR LA TEMPERATURE ET L'EPAISSEUR INITIALE D'INTERPHASE SUR LES MECANISMES D'OXYDATION
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L'ETUDE PORTE SUR UN COMPOSITE MULTICOUCHES A FIBRES DE CARBONE/MATRICE CARBURE DE SILICIUM 2,5D C/SIC ELABORE PAR LA SOCIETE EUROPEENNE DE PROPULSION. CE COMPOSITE ETANT UTILISE DANS LE DOMAINE AEROSPATIAL POUR REALISER DES STRUCTURES A CHAUD TRAVAILLANT DANS UN ENVIRONNEMENT SEVERE (HAUTES TEMPERATURES, FORTES SOLLICITATIONS MECANIQUES, ATMOSPHERE PLUS OU MOINS OXYDANTE), IL APPARAIT PRIMORDIAL D'ETUDIER SON COMPORTEMENT INTRINSEQUE EN FATIGUE CYCLIQUE A HAUTES TEMPERATURES. LA FINALITE DE NOTRE ETUDE EST ALORS DE PRECISER LES MECANISMES D'ENDOMMAGEMENT DU COMPOSITE 2,5D C/SIC A L'ORIGINE DES PROPRIETES MECANIQUES EN FATIGUE CYCLIQUE SOUS ATMOSPHERE INERTE ET A DIFFERENTES TEMPERATURES (DE 20 C A 1500 C). UNE MODELISATION PAR ELEMENTS FINIS PERMET D'EXPLIQUER L'ORIGINE DU RESEAU DE FISSURES DEVELOPPE AU COURS DES SOLLICITATIONS AUX DIFFERENTES TEMPERATURES. UNE NOUVELLE APPROCHE DE MODELISATION DES MODULES D'ELASTICITES DE COMPOSITES TISSES CERAMIQUE/CERAMIQUE A ETE FAITE PAR LA METHODE D'HOMOGENEISATION. ELLE A PERMIS, ENTRE AUTRE, DE DONNER DES INFORMATIONS SUPPLEMENTAIRES POUR AMELIORER LA DESCRIPTION DES SEQUENCES D'ENDOMMAGEMENT AU COURS DE LA FATIGUE CYCLIQUE. L'EVOLUTION DU COMPORTEMENT MECANIQUE EN FONCTION DE LA TEMPERATURE S'ARTICULE AUTOUR DE LA TEMPERATURE D'ELABORATION (ENVIRON 1 000 C) DU COMPOSITE. POUR DES TEMPERATURES INFERIEURES A 1 000 C, LE COMPORTEMENT MECANIQUE EST CONTROLE PAR L'EVOLUTION DES CONTRAINTES THERMIQUES RESIDUELLES ET DE LA FERMETURE DES FISSURES. LE COMPOSITE PRESENTE ALORS UN COMPORTEMENT MECANIQUE D'AUTANT MEILLEUR (RESISTANCE MECANIQUE, DUREE DE VIE, RIGIDITE) QUE LA TEMPERATURE EST ELEVEE. PAR AILLEURS, LE RAIDISSEMENT OBSERVE A HAUTES TEMPERATURES AU COURS DU CYCLAGE MECANIQUE RESULTE DE LA FERMETURE DES FISSURES PAR DES MOUVEMENTS LOCALISES DE LA STRUCTURE. POUR DES TEMPERATURES SUPERIEURES A 1 000 C, LE COMPORTEMENT MECANIQUE EST CONTROLE PAR DES MECANISMES DEPENDANT DU TEMPS ENCORE MAL CONNUS.
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L'APPLICATION DIRECTE DE LA MECANIQUE LINEAIRE ELASTIQUE DE LA RUPTURE AUX CERAMIQUES ENDOMMAGEABLES POSE DE NOMBREUX PROBLEMES TOUCHANT AUX CONCEPTS DE BASE. D'AUTRE PART LES THEORIES ANALYTIQUES PORTANT SUR LA MODELISATION DU COMPORTEMENT DE COMPOSITES UNIDIRECTIONNELS NE PEUVENT PAS ETRE UTILISEES DANS LE CAS DE MATERIAUX COMPLEXES TELS LES MATERIAUX COMPOSITES A FIBRES TISSEES. CE TRAVAIL PORTE SUR L'ETUDE DU COMPORTEMENT THERMOMECANIQUE DE COMPOSITES A FIBRES TISSEES 2D. L'EXPERIENCE ACQUISE AU LABORATOIRE DANS L'ETUDE DU C-SIC NOUS A PERMIS DANS UN PREMIER TEMPS D'UTILISER DANS LE CAS DU SIC-SIC A TEMPERATURE AMBIANTE LES MODELES ENERGETIQUES PROPOSES DANS LA LITTERATURE, TENANT COMPTE DES PHENOMENES ANELASTIQUES. DANS UN SECOND TEMPS, NOUS AVONS COMPARE LE COMPORTEMENT DU SIC-SIC A L'AMBIANTE ET A HAUTE TEMPERATURE SOUS AIR. NOUS AVONS MONTRE QUE LE SIC-SIC DOIT SA HAUTE TENUE MECANIQUE AUX PROPRIETES DE L'INTERFACE QUI LAISSE GLISSER LA FIBRE DANS SA GAINE DE MATRICE, PERMETTANT DES LONGUEURS D'EXTRACTION DE FIBRES IMPORTANTES. C'EST EGALEMENT LA MODIFICATION DE CETTE INTERFACE QUI EST PRINCIPALEMENT RESPONSABLE DE LA DEGRADATION DES PROPRIETES MECANIQUES A HAUTE TEMPERATURE SOUS AIR. BIEN ENTENDU CES MATERIAUX NE SONT PAS UTILISABLES DANS CES CONDITIONS, A MOINS D'UTILISER UNE COUCHE PROTECTRICE
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L'ETUDE DES MECANISMES D'ENDOMMAGEMENT ET DU COMPORTEMENT A LA RUPTURE DE DEUX NUANCES, D'UN COMPOSITE CERAMIQUE-CERAMIQUE (SIC/C/SIC 2D), EST FAITE AU MOYEN D'ESSAIS MECANIQUES. CES DERNIERS SONT REALISES A TEMPERATURE AMBIANTE (T.A.) AINSI QU'A CHAUD, ET A T.A. APRES VIEILLISSEMENT SOUS DIFFERENTS TYPES D'ENVIRONNEMENTS (VIDE, ARGON ET AIR). DANS L'HYPOTHESE D'UN COMPORTEMENT LINEAIRE ELASTIQUE, LES COURBES R MONTRENT UNE DIFFERENCE DE COMPORTEMENT A LA RUPTURE ENTRE LES DEUX NUANCES A T.A.: PROPAGATION QUASI STATIQUE DE LA ZONE ENDOMMAGEE (DE GRANDE TAILLE) AVEC LA FISSURE PRINCIPALE POUR L'UNE ET EFFET DE BORD PREPONDERANT (ZONE PONTEE IMPORTANTE) DANS L'AUTRE. LES MATERIAUX SE DEGRADENT A CHAUD, ALORS QU'UN VIEILLISSEMENT A CHAUD AUCUN CHANGEMENT SIGNIFICATIF N'EST OBSERVE. LES CHUTES DES PROPRIETES MECANIQUES A CHAUD SONT DUES A LA MODIFICATION DE(S) L'INTERFACE(S) AINSI QUE DE L'INTERPHASE ET DANS UNE MOINDRE MESURE A LA DEGRADATION DES FIBRES. L'ETUDE DES COURBES R MONTRE LA DIFFICULTE D'OBTENTION DE PARAMETRES INTRINSEQUES DANS LE CAS DES COMPOSITES FIBREUX (FISSURE PONTEE). C'EST POURQUOI UNE NOUVELLE APPROCHE BASEE SUR L'EVOLUTION DES CONTRAINTES DE PONTAGE EN FONCTION DE L'OUVERTURE DE LA FISSURE (COURBE -U) EST PROPOSEE. LES RESULTATS PRELIMINAIRES EFFECTUES A T.A. ET A CHAUD SEMBLENT BIEN VALIDER L'ANALYSE THEORIQUE
Author: Marie-Laure Bouchetou
Author: Marie-Laure Bouchetou
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