Contribution à l'étude de l'effet des conditions d'usinage d'éprouvettes en composites à matrice polymère sur leur réponse mécanique PDF Download
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Author: Patrick Ghidossi (Ingénieur).)
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Languages : fr
Pages : 332
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Book Description
Pour déterminer les lois de comportement et les paramètres mécaniques des matériaux composites, des éprouvettes sont couramment fabriquées par fraisage. Ces opérations de coupe par enlèvement de matière génèrent des efforts et des gradients de température importants, d'où risques d'endommagements au niveau des surfaces usinées. Le but de cette étude est d'évaluer expérimentalement l'interdépendance qui peut exister entre la préparation d'éprouvettes en composites par usinage et leurs performances mécaniques. Quatre matériaux composites à matrice polymère renforcés de fibres sont étudiés dans trois types d'essais mécaniques. Les dommages inhérents à la coupe sont qualifiés suivant les orientations des fibres et les configurations d'attaque de l'outil. Le traitement statistique des résultats expérimentaux permet de dégager les paramètres de coupe significativement influents, d'abord sur les dommages créés, puis sur les performances mécaniques. Deux critères d'endommagement sont définis pour caractériser les pertes des performances mécaniques en fonction des configurations d'usinage. Une recommandation de préparation des éprouvettes guide la détermination des conditions de coupe des éprouvettes d'essais en composites à matrice époxyde renforcés de fibres.
Author: Patrick Ghidossi (Ingénieur).)
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Languages : fr
Pages : 332
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Book Description
Pour déterminer les lois de comportement et les paramètres mécaniques des matériaux composites, des éprouvettes sont couramment fabriquées par fraisage. Ces opérations de coupe par enlèvement de matière génèrent des efforts et des gradients de température importants, d'où risques d'endommagements au niveau des surfaces usinées. Le but de cette étude est d'évaluer expérimentalement l'interdépendance qui peut exister entre la préparation d'éprouvettes en composites par usinage et leurs performances mécaniques. Quatre matériaux composites à matrice polymère renforcés de fibres sont étudiés dans trois types d'essais mécaniques. Les dommages inhérents à la coupe sont qualifiés suivant les orientations des fibres et les configurations d'attaque de l'outil. Le traitement statistique des résultats expérimentaux permet de dégager les paramètres de coupe significativement influents, d'abord sur les dommages créés, puis sur les performances mécaniques. Deux critères d'endommagement sont définis pour caractériser les pertes des performances mécaniques en fonction des configurations d'usinage. Une recommandation de préparation des éprouvettes guide la détermination des conditions de coupe des éprouvettes d'essais en composites à matrice époxyde renforcés de fibres.
Author: J. Paulo Davim
Publisher: John Wiley & Sons
ISBN: 1118875141
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 262
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In recent years, the application of composite materials hasincreased in various areas of science and technology due to theirspecial properties, namely for use in the aircraft, automotive,defence, aerospace and other advanced industries. Machiningcomposite materials is quite a complex task owing to itsheterogenity, and to the fact that reinforcements are extremelyabrasive. In modern engineering, high demands are placed oncomponents made of composites in relation to their dimensionalprecision as well as their surface quality. Due to these potentialapplications, there is a great need to understand the questionsassociated with machining composite materials. This book aims to provide the fundamentals and the recentadvances in the machining of composite materials (polymers, metalsand ceramics) for modern manufacturing engineering. The three partsof the book cover the machining of polymeric, metal and ceramicmatrix composites. This book can be used as a text book for the final year of anundergraduate engineering course or for those studyingmachining/composites at the postgraduate level. It can also serveas a useful work of reference for academics, manufacturing andmaterials researchers, manufacturing and mechanical engineers, andprofessionals in composite technology and related industries.
Author: Madjid Haddad
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 180
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Ce travail, qui porte sur les problématiques de l'usinage par détourage des structures composites fibres longues, est composé de trois volets. Dans le premier volet, l'impact des paramètres de coupe, des procédés d'usinage et de la nature des matériaux composites sur la forme et la taille des défauts de surface est discuté. Le deuxième volet est dédié à la l'analyse des poussières générées lors de l'usinage. Le nombre et la masse des particules sont discutés en fonction de la géométrie des outils, des conditions de coupe et la nature du matériau composite usiné. Le dernier volet est consacré à l'étude de l'impact des défauts de surface et des procédés d'usinage sur le comportement mécanique (quasi- statique et dynamique).
Author: Anne-Lise Durier
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Languages : fr
Pages : 148
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L'objectif de cette thèse menée au Laboratoire d'Ingénierie des Matériaux (LIM) était l'étude de polymères en ambiance humide avec gonflement, il a été par la suite étendu à la diffusion d'autres fluides. Le gonflement en présence d'un solvant (quelle que soit sa nature), s'il est contrarié, induit des contraintes qui à leur tour influent sur la quantité d'eau qui peut être absorbée. On étudie ici le cas de composites isotropes, renforcés par exemple par des particules équiaxes (d'aluminium ou billes de verre). Ces renforts n'absorbant pas l'eau, ils gênent le gonflement de la matrice polymère et la prise d'eau du composite est alors inférieure à celle de la matrice seule, du fait des contraintes internes induites. La première étape expérimentale de ces travaux a consisté à mettre au point des réseaux epoxy-amine idéaux aux caractéristiques bien contrôlées et à les caractériser, c'est-à-dire à déterminer les lois de diffusion, de gonflement et les isothermes de sorption en fonction de l'humidité de l'environnement. Puis ensuite refaire de même avec des composites de différentes fractions volumiques de renforts. La partie modélisation de ces travaux a développé un modèle original de couplage contraintes-diffusion via le gonflement de la résine, et permet de calculer les profils de concentration en eau, de contraintes et de déformation au cours du temps dans une résine pure ainsi que la pression moyenne induite par gonflement dans la matrice au sein d'un composite. Il en résulte en particulier que si l'isotherme de sorption de la matrice suit une loi de Henry, alors celle du composite suit une loi de Langmuir. Le modèle peut être adapté aussi aux systèmes non-idéaux, nous l'avons fait notamment pour des résines pures suivant une isotherme de sorption de Langmuir. L'inconvénient des essais de sorption en environnement humide est, pour les systèmes considérés, que les coefficients de gonflement et les niveaux de saturation sont faibles, et il est alors difficile de mesurer l'effet des contraintes. Pour pallier ce problème nous avons donc réalisé des expériences de sorption dans des solvants organiques plus lourds. Dans ce cas les coefficients de gonflement sont bien supérieurs, les concentrations à saturation également, à tel point que la matrice des composites franchit la transition vitreuse.
Author: PIERRICK.. GUEGAN
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Languages : fr
Pages : 288
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LE SUJET DE LA THESE PORTE SUR LA QUALIFICATION EN SOLLICITATIONS STATIQUES ET DYNAMIQUES D'EPROUVETTES AYANT SUBI DES USINAGES DE PARACHEVEMENT. ICI NOUS TRAITONS DES PROCEDES DE MISE EN FORME PAR ENLEVEMENT DE MATIERE LES PLUS EMPLOYES INDUSTRIELLEMENT POUR LES MATERIAUX COMPOSITES A MATRICE ORGANIQUE: LE PERCAGE ET LE FRAISAGE. LA QUALIFICATION DES SURFACES USINEES EST FAITES PAR L'ETUDE DE CRITERES DE QUALITE, OU DE REFERENCE (CRITERES METROLOGIQUES ET D'ENDOMMAGEMENT), QUI LEUR SONT ASSOCIES. CHACUN DES CRITERES EST ETUDIE EN FONCTION DES FACTEURS DEFINISSANT L'OPERATION D'USINAGE: MATIERE USINEE, OUTIL, PARAMETRES DE COUPE, GAMME D'USINAGE. ENFIN, NOUS DEFINISSONS LE NIVEAU DE QUALITE DE L'USINAGE, PAR SON INFLUENCE SUR LE COMPORTEMENT MECANIQUE DU MATERIAU SOUS SOLLICITATIONS STATIQUES ET DYNAMIQUES, EN FONCTION DES CRITERES DE REFERENCE, ET DANS LE CONTEXTE DE L'ASSURANCE QUALITE
Author: Sylvain Durieux
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Languages : fr
Pages : 284
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Ce travail de thèse est destiné à apporter une contribution à la compréhension des mécanismes régissant le comportement thermo-mécanique des composites à matrice métallique. En particulier, les relations entre la mésostructure et les comportements mécanique et thermo-mécanique du composite étudié sont mises en évidence. Cette étude est articulée autour de quatre axe de recherche principaux : une caractérisation fine, d'une part, de la mésostructure qui met en évidence une orientation privilégiée des renforts liée au process d'élaboration du matériau, et d'autre part, de la microstructure qui permet d'identifier les acteurs agissant à l'échelle microscopique sur le comportement visco-plastique de la matrice; une étude des comportements élastique et micro-plastique du composite. La relation entre l'isotropie transverse des constantes d'élasticité et l'orientation privilégiée des renforts est ainsi clairement démontrée, à la fois expérimentalement et analytiquement au moyen de modèles de comportement (Mori/Tanaka et Ponte Castaneda/ Willis). Le comportement micro-plastique permet, par l'intermédiaire d'une méthode d'analyse développée au laboratoire, de caractériser, d'une part, \es champs de contrainte résiduels dus à \'élaboration du composite, et d'autre part, la limite d'écouleront locale de la matrice ; une caractérisation du comportement du composite sous une sollicitation thermo-mécanique qui montre une accélération de la vitesse de déformation en cyclage thermique sous charge par rapport au fluage isotherme. L'effet des caractéristiques de la sollicitation thermo-mécanique sur la déformation est étudié de manière approfondie. En outre, des observations de l'endommagement après un grand nombre de cycles thermiques sous charge sont présentés et permettent d'identifier les mécanismes d'amorçage; une analyse théorique des différents résultats expérimentaux, basée sur l'étude des champs de contrainte générés par les incompatibilités de déformation entre la matrice et les renforts, qui montre que l'accélération de la déformation en cyclage a pour origine les processus d'accommodation plastique qui agissent à l'échelle microscopique. Nous présentons en outre une analyse des mécanismes d'amorçage de l'endommagement, qui ouvre la voie au développement d'une méthode de prédiction de la durée de vie du composite en cyclage thermique sous charge.
Author: Sofiane Zenia
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Languages : fr
Pages : 0
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La mise en œuvre des matériaux composites, fait souvent appel à des procédés d'usinage conventionnel, comme l'opération de perçage utilisée lors de l'assemblage de structures par rivetage. Ces opérations peuvent générer dans la pièce usinée différents types d'endommagement: arrachement des fibres, rupture de la matrice, délaminage intralaminaire et interlaminaire, dégradation thermique de la matrice, ce qui peut provoquer une baisse des performances mécaniques de la structure. L'objectif de la thèse est de mettre en place un modèle numérique scientifiquement rigoureux pour analyser l'usinage des composites CFRP et prédire les mécanismes d'endommagement induits par l'outil coupant. Ce modèle basé sur une loi constitutive mésomécanique combine l'effet de la chute de rigidité dans le comportement du matériau, la plasticité, l'initiation et l'évolution de l'endommagement durant le processus d'usinage. Ensuite, deux modèles 2D et 3D adoptant un schéma explicite ont été implémentés via la sub-routine VUMAT dans Abaqus. Le délaminage interplis a été pris en considération à l'aide des éléments cohésifs disponibles dans le code ABAQUS/Explicit. Ce travail a permis de reproduire de manière réaliste les opérations de coupe orthogonale et de perçage des composites CFRP en termes de processus de formation du copeau, la prédiction des forces de coupe et celle de l'endommagement induit. Ces études ont montré que l'orientation des fibres et la profondeur de coupe sont les paramètres les plus influents en coupe orthogonale tandis que pour le perçage se sont les vitesses d'avance et la géométrie des outils.
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: Olivier Beaudoin
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Languages : fr
Pages : 230
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L'OBJET DE CETTE ETUDE EST DE MIEUX COMPRENDRE LES RELATIONS LIANT LES PARAMETRES MICROSTRUCTURAUX DE COMPOSITES A MATRICE POLYBUTYLENE TEREPHTALATE (PBT) RENFORCEE DE BILLES OU DE FIBRES DE VERRE, ET LEURS PROPRIETES MECANIQUES (MODULE D'ELASTICITE, CONTRAINTE A LA RUPTURE, RESISTANCE AU CHOC, PROPRIETES VISCO-ELASTIQUES). POUR LES COMPOSITES PBT-BILLES DE VERRE, NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE LE ROLE DE LA GRANULOMETRIE MOYENNE, DU TAUX D'INCORPORATION DES BILLES ET DE LEUR TRAITEMENT DE SURFACE SUR L'EVOLUTION DES PROPRIETES EN TRACTION ET AU CHOC. LA CRISTALLINITE DE LA MATRICE S'EST AVEREE ETRE EGALEMENT UN PARAMETRE IMPORTANT POUR LES PROPRIETES VISCOELASTIQUES. UNE APPROCHE PREDICTIVE DU COMPORTEMENT DYNAMIQUE DE COMPOSITES RENFORCES DE BILLES NON TRAITEES PAR DES MODELES AUTOCOHERENTS, A ETE PROPOSEE EN S'AFFRANCHISSANT DE L'EFFET DE LA CRISTALLINITE. LA PRISE EN COMPTE DU CARACTERE VISCOELASTIQUE DU COEFFICIENT DE POISSON DE LA MATRICE A MONTRE DE REELLES AMELIORATIONS DE LA PREDICTION. CEPENDANT, L'EFFET DE RENFORCEMENT DE LA MATRICE PAR LES BILLES DE VERRE N'EST QUE PARTIELLEMENT MIS EN EVIDENCE PUISQU'UN ECART PERSISTE ENTRE LA HAUTEUR DU PIC DE RELAXATION SIMULE ET LA VALEUR OBTENUE EXPERIMENTALEMENT. POUR LES COMPOSITES PBT-FIBRES DE VERRE, NOUS AVONS PU RELIER LES LONGUEURS FINALES DES FIBRES (MOYENNE, DISPERSITE DE LA DISTRIBUTION) DANS LES COMPOSITES ET LA QUALITE D'ADHESION MATRICE-RENFORT AUX CARACTERISTIQUES MECANIQUES. UNE FORTE COMPATIBILITE VERRE-ENSIMAGE-MATRICE FAVORISE UNE DISPERSITE IMPORTANTE DE LA DISTRIBUTION EN LONGUEUR DE FIBRES, ACCOMPAGNEE D'UNE FORTE FRAGILISATION DES COMPOSITES. A LONGUEUR MOYENNE ET ETALEMENT DE LA DISTRIBUTION PROCHES, NOUS AVONS PU QUANTIFIER LES EFFETS DU TRAITEMENT DE SURFACE POUR DES ENSIMAGES COMPLETS EN TORSION DYNAMIQUE.
Author: Pierre Rahme
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Languages : fr
Pages : 200
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Book Description
Les matériaux composites, notamment à fibres de carbone, sont de plus en plus utilisés dans le domaine aéronautique. L'assemblage des différentes pièces de structure et d'habillage nécessite la réalisation de logements pour mettre en place rivets et boulons. Le perçage par enlèvement de matière de ces logements dans des panneaux épais en carbone/époxy provoque des défauts en entrée, sur la paroi du trou et en sortie de plaque. Ces défauts de différentes natures diminuent la qualité du trou percé ainsi que la résistance du matériau à la rupture. L'identification et la minimisation de ces défauts font l'objet de cette étude. Une observation en temps réel de l'initiation et de la propagation des défauts est ainsi effectuée en premier lieu à l'aide de caméras à prise de vue rapide et à thermographie infrarouge. Des observations microscopiques ont également été réalisées sur des perçages pleine matière. Parmi les défauts observés, le délaminage à la sortie du trou, considéré comme le défaut majeur, est directement lié à la force axiale (FZ) de l'outil. Afin de minimiser ces défauts, l'étude a donc porté sur la modélisation de cet effort axial et sur son lien avec le délaminage du stratifié usiné. Ainsi, dans un premier temps, l'effort critique de délaminage en perçage d'un matériau orthotrope est modélisé analytiquement. Plusieurs hypothèses de chargement et de conditions aux limites sont développées afin de permettre une adaptation du modèle à la géométrie d'outil souhaitée. Ce modèle analytique est validé par une modélisation numérique (méthode des éléments finis) et par une campagne expérimentale (essais de poinçonnage). Dans un deuxième temps, un modèle d'effort phénoménologique reliant l'effort axial de perçage aux conditions de coupe est développé. Ce modèle d'effort simple à mettre en place offre l'avantage d'être utilisable en perçage ou en alésage et d'être adaptable à la géométrie d'outil choisie. Enfin, ces deux parties sont utilisées pour en déduire les conditions de coupe critiques de délaminage. Cette méthode adaptative à la géométrie d'outil permet donc de déterminer, pour un matériau donné, les conditions de coupe qui permettent de minimiser le délaminage lors des opérations de perçage et d'alésage. L'étude menée contribue ainsi à l'optimisation du process de perçage-alésage des matériaux composites, tant du point de vue de la conception des outils coupants que du point de vue du pilotage du process.
