Analyse de l'endommagement macroscopique d'un composite à matrice métallique PDF Download
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Author: T. Pottier
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Languages : fr
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Author: T. Pottier
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Author: Holm Altenbach
Publisher: Springer
ISBN: 3709125065
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 354
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This textbook gives a concise survey of constitutive and structural modeling for high temperature creep, damage, low – cycle fatigue and other inelastic conditions. The book shows the creep and continuum damage mechanics as rapidly developing discipline which interlinks the material science foundations, the constitutive modeling and computer simulation application to analysis and design of simple engineering components. It is addressed to young researchers and scientists working in the field of mechanics of inelastic, time-dependent materials and structures, as well as to PhD students in computational mechanics, material sciences, mechanical and civil engineering.
Author: Jiann-Wen Woody Ju
Publisher: Elsevier
ISBN: 0080530230
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 557
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This book contains thirty peer-reviewed papers that are based on the presentations made at the symposium on "Damage Mechanics in Engineering Materials" on the occasion of the Joint ASME/ASCE/SES Mechanics Conference (McNU97), held in Evanston, Illinois, June 28-July 2, 1997. The key area of discussion was on the constitutive modeling of damage mechanics in engineering materials encompassing the following topics: macromechanics/micromechanical constitutive modeling, experimental procedures, numerical modeling, inelastic behavior, interfaces, damage, fracture, failure, computational methods. The book is divided into six parts: Study of damage mechanics. Localization and damage. Damage in brittle materials. Damage in metals and metal matrix composites. Computational aspects of damage models. Damage in polymers and elastomers.
Author: BEATRICE.. LAY
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Languages : fr
Pages : 260
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LA MODELISATION DU COMPORTEMENT DES COMPOSITES A MATRICE METALLIQUE A FAIT L'OBJET DE NOMBREUX TRAVAUX ET L'EFFORT ACTUEL VISE L'AMELIORATION DES TECHNIQUES DE CALCUL ET D'HOMOGENEISATION PRENANT EN COMPTE LA PLASTICITE ET L'ENDOMMAGEMENT. NOUS NOUS INTERESSONS TOUT D'ABORD A LA MODELISATION PAR ELEMENTS FINIS DU COMPORTEMENT MICROPLASTIQUE D'UN COMPOSITE A MATRICE METALLIQUE, COMPORTEMENT FORTEMENT DISSYMETRIQUE EN TRACTION ET COMPRESSION ; LA DISSYMETRIE, DUE A LA PRESENCE DE CONTRAINTES RESIDUELLES THERMIQUES, DEPEND PRINCIPALEMENT DE LA MORPHOLOGIE ET DE LA REPARTITION DES RENFORTS. L'INTRODUCTION D'UNE INTERPHASE ENTRE LA MATRICE ET LE RENFORT DANS LE MODELE PERMET D'OBSERVER UNE DIMINUTION IMPORTANTE DES CONTRAINTES A LA SURFACE DES PARTICULES, CE QUI SEMBLE INTERESSANT PUISQU'EN CHARGEMENT STATIQUE LA RUPTURE COMMENCE PAR LA FISSURATION DES RENFORTS. L'INTERFACE RENFORT-MATRICE A ETE REPRESENTEE JUSQU'A MAINTENANT DANS LES MODELISATIONS, SOIT PAR UNE LIAISON PARFAITE, SOIT PAR UN CONTACT UNILATERAL AVEC UNE LOI DE FROTTEMENT DE TYPE COULOMB OU TRESCA. NOUS AVONS CONCU UN ALGORITHME ORIGINAL PRENANT EN COMPTE UN SEUIL DE DECOHESION A L'INTERFACE RENFORT-MATRICE AVANT L'APPLICATION DU MODELE DE FROTTEMENT CLASSIQUE. APRES L'ETUDE DU COMPORTEMENT OU DE L'ENDOMMAGEMENT DU COMPOSITE EN CHARGEMENT STATIQUE, NOUS NOUS INTERESSONS AU COMPORTEMENT EN FATIGUE DU COMPOSITE EN CALCULANT, GRACE A LA MODELISATION PAR ELEMENTS FINIS D'UN CHARGEMENT CYCLIQUE ET A UN CRITERE DE FATIGUE, LA DUREE DE VIE DU MATERIAU SOUS SOLLICITATIONS PERIODIQUES
Author: Frédéric Thebaud
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Languages : fr
Pages : 250
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Du fait de bonnes caracteristiques mecaniques specifiques, les composites a matrice base aluminium renforts particulaires de ceramique sont un materiau industriellement interessant, mais leur heterogeneite conduit a des localisations d'endommagement et a une macrofragilite dommageable a leur sécurité d'emploi. Utiliser l'interface comme fusible mécanique a semble une voie prometteuse. Apres une analyse bibliographique du concept interface/interphase, nous intégrons les conditions inter faciales imparfaites linéaires redémontrées a deux voies courantes d'homogénéisation, le modèle trois phases et la méthode des éléments finis a hypothèses périodiques, compares sur un plan fondamental. Un modèle thermodynamique de dégradation des caractéristiques inter faciales conduit a des résultats s'écartant de la réalité expérimentale, du fait de l'endommagement simultané de toutes les interfaces. Des campagnes expérimentales sur des composites extrudes a interfaces de force variable révèlent, grâce a des tractions in situ en meb, différents comportements locaux des interfaces, et démontrent l'importance technologique de la tolérance de la matrice aux défauts. Nous observons des comportements différents par zones, qui nous suggérons une méthode d'homogénéisation à deux niveaux. La première étape calcule, par éléments finis, la courbe de traction elasto-plastique d'un élément de volume représentatif (une zone) sain ou endommage. La seconde les intègre par le schéma autocoherent au sein d'un mélange dont la réponse est celle du matériau expérimental réel. Nous déduisons ainsi la fraction de matériau endommage présente dans le composite, et confrontons nos prévisions à la réalité par des comptages. Enfin, nous discutons de la valeur du modèle en analysant sa sensibilité aux paramètres, et menons en même temps une réflexion sur les critères de fin de vie du composite, tentant de dégager des règles simples pour l'optimisation des matériaux futurs
Author: Eileen Boissin
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Languages : fr
Pages : 0
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Du fait de leurs nombreux avantages, à savoir notamment leur faible coût, leurs meilleures possibilités de recyclage et de réparation, leur légèreté et leur bonne tenue en fatigue, les résines polymères thermoplastiques sont de plus en plus employées dans l'industrie des matériaux composites. Cependant, du fait de leur nature chimique, leur réponse mécanique dépend de la température, et ce, même dans un intervalle éloigné de leur température de transition vitreuse. Cette dépendance se répercute, dans une proportion moindre mais qui reste significative, sur la réponse mécanique des composites à matrice thermoplastique. Du fait des distributions locales des contraintes dans ces derniers et des micro- et méso- structures qui les composent, cette dépendance peut aussi se répercuter sur le scénario d'endommagement de ces derniers. Or, des structures telles que des pales d'éolienne sont amenées à fonctionner dans une plage de température allant de -20°C à 60°C. Il devient donc nécessaire d'étudier l'impact de la température sur le comportement mécanique et sur le scénario d'endommagement des composites à matrice thermoplastique, pour permettre notamment de mieux prévoir l'évolution de l'endommagement en fatigue des pales d'éolienne, dans leur intervalle de température de service. En effet, les pales d'éolienne sont généralement dimensionnées via une approche normative, qui requiert soit des campagnes expérimentales conséquentes pour obtenir le comportement en fatigue de tous les stratifiés constituant une structure telle qu'une pale d'éolienne soit la formulation d'hypothèses fortement conservatives, qui nuisent à l'optimisation de la conception des pales. Pour pallier à cela, un modèle d'endommagement permettant de décrire l'évolution de la résistance, de la rigidité et de la déformation résiduelle d'un pli unidirectionnel soumis à des chargements quasi-statiques ou de fatigue a été récemment développé. Les travaux présentés ici visent dans un premier temps à valider l'utilisation de ce modèle dans le cas d'un composite à matrice acrylique renforcé de fibres de verre, utilisé pour la fabrication de certaines pales d'éolienne. L'identification et la validation s'appuient à la fois sur des essais mécaniques en quasi-statique, en fatigue (traction/traction, traction/compression) sur plusieurs strates et sur des analyses physiques (micrographies sous charge, micro-tomographie à rayons X). Il s'agit ensuite d'analyser comment l'effet de la température sur le comportement mécanique et le scénario d'endommagement de ce composite se répercute sur les paramètres du modèle.
Author: Léonard Turpin
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Dans les zones chaudes de moteur d'avion, les composites à matrice céramique SiC/SiC doivent remplacer les uperalliages. L'armure 3D des SiC/SiC est conçue pour optimiser leur tenue mécanique en service. Elle dépend de la géométrie des pièces et de leurs chargements thermomécaniques. La mésostructure comporte alors des zones complexes, par exemple au niveau de coudes ou de jonctions. Une bonne compréhension du comportement thermomécanique dans ces zones est nécessaire pour modéliser, dimensionner et certifier les pièces aéronautiques.Un essai thermomécanique in situ, suivi par tomographie X et par thermographie infrarouge, a été conçu afin de donner accès au comportement, et notamment aux premiers phénomènes d'endommagement, de zones critiques soumises à des chargements multiaxiaux. Pour exploiter au mieux la grande quantité de données obtenues, une procédure spécifique d'identification des paramètres matériaux a été développée. Les tomographies sont reconstruites grâce à un algorithme restaurant les sinogrammes incomplets. Elles sont notamment utilisées pour construire un maillage basé image de l'éprouvette. Après l'étalonnage du modèle projectif de la caméra infrarouge, le champ thermique est reprojeté surce maillage. Les champs mesurés (volume et température de surface) sont alors exprimés dans une base commune relative à la pièce. La mesure cinématique est enfin effectuée par corrélation d'images volumiques intégrée en couplant ces deux champs.Cette démarche permet de lier intimement la mésostructure du matériau à son comportement macroscopique.
Author: Shan Jin Wang
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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: Henri-Alexandre Cayzac
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L'utilisation croissante des matériaux composites à matrice polymère dans les structures industrielles est impulsée par le besoin de contraintes environnementales tout en conservant d'excellentes propriétés mécaniques. L'évolution des procédés de fabrication et l'émergence de la pultrusion réactive permet la production de matériaux composites à matrice thermoplastique possédant des taux de fibres très importants. Ceci leur confère les propriétés longitudinales souhaitées mais ces procédés induisent une variabilité microstructurale importante. De plus, les pièces industrielles sont bien souvent sollicitées de façon complexe induisant des contraintes multiaxiales. Ces contraintes sont alors ``ressenties'' par la microstructure du matériau composite et par la matrice confinée par les fibres notamment. La variabilité microstructurale tend alors à amplifier les contraintes. C'est dans ce contexte qu'une approche multi-échelle macro-micro (globale/locale) expérimentale et numérique a été développée. Les mécanismes de déformation, d'endommagement et de rupture ont été expérimentalement analysés à l'échelle globale du matériau composite ainsi qu'à l'échelle locale de sa microstructure. Pour ce faire, de techniques expérimentales liées à la tomographie aux rayons X ont été mises en place et permettent d'observer in-situ l'évolution de la microstructure sollicitée. Il a été observé que l'endommagement se développe au sein de la matrice thermoplastique. Un modèle de comportement de la matrice endommageable a donc été mis au point à l'aide des approches issues de la mécanique des milieux poreux et permet de rendre compte des micro-mécanismes de déformation et d'endommagement de la matrice confinée par les fibres. Une approche de type ``top-down'' a été développée. Celle-ci permet de localiser les zones critiques d'une structure industrielle composite. Le chargement appliqué localement sur la pièce sert alors de conditions aux limites sur une microstructure réelle modélisée. Ainsi, il est possible de simuler la cinétique d'endommagement, permettant de comprendre l'amorçage et la propagation de fissures dans une structure industrielle. Cette approche appliquée au cas d'une canalisation composite sous pression a permis de déterminer des pressions d'amorçage de fissures en fonction de l'enroulement du composite sur la canalisation.
Author: Pierre Hottebart
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Book Description
L'apparition recente des composites a matrice metallique alsic de fonderie a renforts discontinus ouvre de nouvelles perspectives, notamment pour l'industrie automobile. Le but de cette etude est la determination du comportement sous sollicitations cycliques ainsi que des mecanismes physiques d'endommagement et d'amorcage de fissures par fatigue, a temperature ambiante, d'un tel materiau. L'influence de l'etat de surface sur les proprietes mecaniques est egalement etudiee. Dans un premier temps, une etude bibliographique approfondie traite des aspects materiau et proprietes mecaniques des composites alsic a renforts discontinus. Dans un deuxieme temps, est plus particulierement etudie un composite a matrice aluminium renforce par 10 pour-cent de particules sic, compare a l'alliage non renforce. Une etude microstructurale permet de definir les conditions de traitement thermique t6 et met en evidence une microstructure resultante complexe. Des observations au microscope electronique a balayage montrent que l'endommagement en traction monotone consiste en la rupture de particules et en les decohesions a l'interface matrice/renfort. Le composite montre une grande sensibilite a l'etat de surface, et notamment a l'endommagement initial a l'etat usine. L'etude en fatigue oligocyclique du composite montre un durcissement cyclique plus important compare a celui de l'alliage non renforce. Le composite montre une resistance superieure dans le domaine de la fatigue endurance, mais moindre dans le domaine de la fatigue oligocyclique. A bas niveau de contrainte, l'endommagement du composite a lieu par decohesions matrice/renfort et par rupture et/ou decohesions precipites/matrice. A haut niveau de contrainte, la rupture des particules sic les plus grandes s'ajoute aux mecanismes intervenant a bas niveau. Les fissures se propagent de maniere privilegiee dans les espaces interdendritiques, ou se concentrent les particules sic et les nombreux precipites. A l'etat de surface brut de fonderie, les resistances a la fatigue du composite de l'alliage non renforce sont comparables, et nettement superieures a celles a l'etat de surface usiné-poli.
