CONTRIBUTION A L'ETUDE DU COMPORTEMENT MECANIQUE EN SENS TRAVERS DE COMPOSITES A MATRICE MAGNESIUM RENFORCEE PAR FIBRES LONGUES DE CARBONE

CONTRIBUTION A L'ETUDE DU COMPORTEMENT MECANIQUE EN SENS TRAVERS DE COMPOSITES A MATRICE MAGNESIUM RENFORCEE PAR FIBRES LONGUES DE CARBONE PDF Author: NATHALIE.. ALLIO
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LE BUT DE CE TRAVAIL, SOUTENU PAR LE C.N.E.S., EST D'ETUDIER, EN VUE DE LEUR AMELIORATION, LES PROPRIETES MECANIQUES EN SENS TRAVERS D'UN COMPOSITE UNIDIRECTIONNEL A MATRICE EN ALLIAGE DE MAGNESIUM (AZ61) ET RENFORCE PAR DES FIBRES DE CARBONE HAUT MODULE (E105). CE COMPOSITE EST ELABORE PAR PRESSAGE A CHAUD EN PHASE LIQUIDE, SOUS MOYENNE PRESSION, PROCEDE MIS AU POINT ET DEVELOPPE PAR L'O.N.E.R.A.. L'ABSENCE DE REACTION ENTRE RENFORT ET MATRICE DANS LES CONDITIONS D'ELABORATION CONDUIT A DE FAIBLES RESISTANCES MECANIQUES EN SENS TRAVERS. DANS UNE APPROCHE EXPERIMENTALE, DES DEPOTS DE CARBURE DE SILICIUM, CARBURE DE TITANE ET CARBURE DE BORE ONT ETE REALISES PAR DEPOT CHIMIQUE EN PHASE VAPEUR SUR LES FIBRES, AFIN DE MODIFIER L'INTERFACE FIBRE/MATRICE. AVEC LE DEPOT DE CARBURE DE BORE, LA CONTRAINTE A RUPTURE EN SENS TRAVERS PASSE DE 10 A 40 MPA. CET EFFET EST ATTRIBUE A UNE FORTE ADHESION RENFORT/MATRICE. NOTONS TOUTEFOIS QU'AVEC TOUS LES DEPOTS, LA CONTRAINTE A RUPTURE EN SENS LONG DU COMPOSITE DIMINUE. EN PARALLELE, DEUX ESSAIS MICROMECANIQUES ONT ETE ENVISAGES AFIN DE POUVOIR ACCEDER AUX PROPRIETES LOCALES DE L'INTERFACE RENFORT/MATRICE: LA MICROINDENTATION ET LA MULTIFRAGMENTATION. DANS L'ESSAI DE MICROINDENTATION, LE POINCONNAGE DE LA FIBRE NE PROVOQUE PAS SON GLISSEMENT DANS LA MATRICE. DANS CELUI DE FRAGMENTATION, IL N'A PAS ETE POSSIBLE DE SUIVRE LES RUPTURES DE FIBRES DE FACON FIABLE, QUE CE SOIT PAR EMISSION ACOUSTIQUE OU PAR DISSOLUTION DE LA MATRICE. ENFIN DES CALCULS, D'ABORD ANALYTIQUES, PUIS PAR ELEMENTS FINIS, ONT ETE ENTREPRIS POUR EVALUER LE CHAMP DE CONTRAINTES INDUIT PAR LA PRESENCE D'UNE FIBRE DANS UNE MATRICE METALLIQUE SOUMIS A UNE CONTRAINTE UNIDIRECTIONNELLE. COMPTE TENU DE L'EXPERIENCE ET DES RESULTATS ACQUIS, PLUSIEURS VOIES SONT SUGGEREES POUR CONTINUER CE TRAVAIL, EN PARTICULIER LE DEVELOPPEMENT D'ESSAIS MICROMECANIQUES SUR DES SYSTEMES MODELES POURVUS D'INTERFACES REPRESENTATIVES, ET UN APPROFONDISSEMENT DES MODELES NUMERIQUES

CONTRIBUTION A L'ETUDE DU COMPORTEMENT MECANIQUE EN SENS TRAVERS DE COMPOSITES A MATRICE MAGNESIUM RENFORCEE PAR FIBRES LONGUES DE CARBONE

CONTRIBUTION A L'ETUDE DU COMPORTEMENT MECANIQUE EN SENS TRAVERS DE COMPOSITES A MATRICE MAGNESIUM RENFORCEE PAR FIBRES LONGUES DE CARBONE PDF Author: NATHALIE.. ALLIO
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LE BUT DE CE TRAVAIL, SOUTENU PAR LE C.N.E.S., EST D'ETUDIER, EN VUE DE LEUR AMELIORATION, LES PROPRIETES MECANIQUES EN SENS TRAVERS D'UN COMPOSITE UNIDIRECTIONNEL A MATRICE EN ALLIAGE DE MAGNESIUM (AZ61) ET RENFORCE PAR DES FIBRES DE CARBONE HAUT MODULE (E105). CE COMPOSITE EST ELABORE PAR PRESSAGE A CHAUD EN PHASE LIQUIDE, SOUS MOYENNE PRESSION, PROCEDE MIS AU POINT ET DEVELOPPE PAR L'O.N.E.R.A.. L'ABSENCE DE REACTION ENTRE RENFORT ET MATRICE DANS LES CONDITIONS D'ELABORATION CONDUIT A DE FAIBLES RESISTANCES MECANIQUES EN SENS TRAVERS. DANS UNE APPROCHE EXPERIMENTALE, DES DEPOTS DE CARBURE DE SILICIUM, CARBURE DE TITANE ET CARBURE DE BORE ONT ETE REALISES PAR DEPOT CHIMIQUE EN PHASE VAPEUR SUR LES FIBRES, AFIN DE MODIFIER L'INTERFACE FIBRE/MATRICE. AVEC LE DEPOT DE CARBURE DE BORE, LA CONTRAINTE A RUPTURE EN SENS TRAVERS PASSE DE 10 A 40 MPA. CET EFFET EST ATTRIBUE A UNE FORTE ADHESION RENFORT/MATRICE. NOTONS TOUTEFOIS QU'AVEC TOUS LES DEPOTS, LA CONTRAINTE A RUPTURE EN SENS LONG DU COMPOSITE DIMINUE. EN PARALLELE, DEUX ESSAIS MICROMECANIQUES ONT ETE ENVISAGES AFIN DE POUVOIR ACCEDER AUX PROPRIETES LOCALES DE L'INTERFACE RENFORT/MATRICE: LA MICROINDENTATION ET LA MULTIFRAGMENTATION. DANS L'ESSAI DE MICROINDENTATION, LE POINCONNAGE DE LA FIBRE NE PROVOQUE PAS SON GLISSEMENT DANS LA MATRICE. DANS CELUI DE FRAGMENTATION, IL N'A PAS ETE POSSIBLE DE SUIVRE LES RUPTURES DE FIBRES DE FACON FIABLE, QUE CE SOIT PAR EMISSION ACOUSTIQUE OU PAR DISSOLUTION DE LA MATRICE. ENFIN DES CALCULS, D'ABORD ANALYTIQUES, PUIS PAR ELEMENTS FINIS, ONT ETE ENTREPRIS POUR EVALUER LE CHAMP DE CONTRAINTES INDUIT PAR LA PRESENCE D'UNE FIBRE DANS UNE MATRICE METALLIQUE SOUMIS A UNE CONTRAINTE UNIDIRECTIONNELLE. COMPTE TENU DE L'EXPERIENCE ET DES RESULTATS ACQUIS, PLUSIEURS VOIES SONT SUGGEREES POUR CONTINUER CE TRAVAIL, EN PARTICULIER LE DEVELOPPEMENT D'ESSAIS MICROMECANIQUES SUR DES SYSTEMES MODELES POURVUS D'INTERFACES REPRESENTATIVES, ET UN APPROFONDISSEMENT DES MODELES NUMERIQUES

CONTRIBUTION A L'ETUDE DU COMPORTEMENT THERMOMECANIQUE DE MATERIAUX COMPOSITES POUR APPLICATIONS AEROSPATIALES

CONTRIBUTION A L'ETUDE DU COMPORTEMENT THERMOMECANIQUE DE MATERIAUX COMPOSITES POUR APPLICATIONS AEROSPATIALES PDF Author: Jean-Pierre Hébert
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LE ROLE PRIMORDIAL DE LA LIAISON D'INTERFACE ENTRE MATRICE ET FIBRE AINSI QUE L'INFLUENCE DE LA GEOMETRIE ET DE L'ORIENTATION DES RENFORTS ONT ETE DEMONTRES A PARTIR DES PRINCIPES DU RENFORCEMENT. A L'AIDE DES MODELES DE CALCUL CORRESPONDANT AUX RECHERCHES LES PLUS RECENTES, DES MECANISMES DE COMPORTEMENT THERMOMECANIQUE ONT ETE ELABORES POUR LES MATERIAUX COMPOSITES ORGANIQUES, METALLIQUES ET CERAMIQUES. UNE ANALYSE DES FACIES DE RUPTURE SOUS DIFFERENTES SOLLICITATIONS A PERMIS DE RELIER LES MECANISMES DE COMPORTEMENT THERMOMECANIQUE AVEC LA CAPACITE DU MATERIAU COMPOSITE ET DE SA MICROSTRUCTURE A TRANSFERER LES CONTRAINTES MACROSCOPIQUES AU NIVEAU DE L'INTERFACE FIBRE-MATRICE. L'EFFET DE L'ENDOMMAGEMENT ET DES IMPERFECTIONS DE STRUCTURE EVENTUELS A ETE ETUDIE. DES TECHNIQUES APPLIQUEES A LA CONNAISSANCE DE LA LIAISON INTERFACIALE MATRICE-RENFORT ONT ETE DEVELOPPEES, UNE METHODE ORIGINALE DE CARACTERISATION PAR ANALYSE ENTHALPIQUE DIFFERENTIELLE A ETE MISE AU POINT. DES MATERIAUX COMPOSITES PERFORMANTS CORRESPONDANT AUX BESOINS NOUVEAUX DES APPLICATIONS AEROSPATIALES ONT ETE PRESENTES. L'ETUDE D'UN PROCEDE D'ELABORATION D'UN MATERIAU COMPOSITE ECONOMIQUE A BASE D'ALUMINIUM RENFORCE PAR DES FIBRES DE CARBONE, OBTENU PAR COFILAGE A ETE FAITE. L'IMPORTANCE DU DEVELOPPEMENT DES MATRICES INTERMETALLIQUES ET CERAMIQUES ET DES MATERIAUX COMPOSITES CARBONE-CARBONE A ETE MISE EN EVIDENCE POUR LES EMPLOIS A TRES HAUTE TEMPERATURE DES PROJETS FUTURS

Contribution à l'étude de matériaux composites à matrice polypropylène et renforcés par des fibres végétales

Contribution à l'étude de matériaux composites à matrice polypropylène et renforcés par des fibres végétales PDF Author: Morgane Tanguy
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Cette thèse a été financée par l'équipementier automobile Cooper Standard afin de développer des éléments de pièces automobiles en polypropylène (PP) renforcés par des fibres végétales. Son objectif majeur est d'identifier les paramètres clés permettant l'obtention de composites performants pour ensuite les développer industriellement. Une grande diversité de parois végétales a été testée mécaniquement, étape primordiale pour l'analyse du comportement des composites. Les fibres sélectionnées ont ensuite été mélangées au PP et l'étude du compoundage a mis en évidence son impact sur les propriétés des futurs composites et la difficulté de mélanger des fibres végétales dans une matrice fondue. Les compounds PP/fibres végétales ont ensuite été transformés par extrusion et les travaux menés ont permis de développer des composites renforcés par des fibres de bois respectant le cahier des charges de Cooper Standard. Une comparaison entre l'injection et l'extrusion a souligné l'effet de la mise en œuvre sur les propriétés mécaniques et la microstructure des composites. Des composites modèles unidirectionnels renforcés par des fibres longues ont permis de comprendre les mécanismes de renforcement d'une matrice polypropylène par des fibres végétales de jute et de lin, et ont mis en évidence l'importance des propriétés mécaniques des constituants. Au contraire des composites injectés et renforcés par des fibres courtes de lin et de jute ont, eux, montré la prépondérance de la microstructure, par rapport aux performances des fibres, sur les propriétés mécaniques des pièces.

Elaboration et caractérisation microstructurale et mécanique de composites à matrice aluminium renforcée de fibres de carbone

Elaboration et caractérisation microstructurale et mécanique de composites à matrice aluminium renforcée de fibres de carbone PDF Author: Jérôme Pora (Auteur d'une thèse en génie des matériaux (1996)).)
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Pages : 163

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Ce travail de thèse s'est articulé autour de deux pôles principaux : la mise au point de l'élaboration de matériaux composites par infiltration d'une préforme de fibres de carbone par de l'aluminium liquide sous l'action d'une pression de gaz, la caractérisation microstructurale et mécanique des matériaux obtenus. Ceci dans le but de définir des critères de choix des constituants et des conditions opératoires du procédé, et de proposer des méthodes de dimensionnent de ces matériaux à partir des caractéristiques du renfort et de la matrice. Une première phase de l'étude a mis en évidence les spécificités du procédé retenu. Elle a été mise à profit pour rédiger le cahier des charges d'un moyen expérimental d'élaboration utilisé pour la suite du projet. Une deuxième phase d'élaboration et de caractérisation de composites unidirectionnellement renforcés avec différents types de fibres et des alliages d'aluminium à teneur de magnésium variable a mis en évidence le rôle prépondérant de la liaison interfaciale sur les contraintes à rupture en sens longitudinal et en sens travers des matériaux considérés. Une troisième phase a été consacrée à l'emploi de tissus afin d'améliorer les caractéristiques transverses. Cette partie a permis de valider l'emploi de la théorie classique des stratifiés pour la prédiction des propriétés thermoélastiques des composites C/Al. La dernière partie de l'étude a porté sur l'optimisation d'un composite unidirectionnel à matrice AG10 renforcée par des fibres de carbone à très haut module K139, dans le but d'obtenir un compromis acceptable entre les contraintes à rupture en sens longitudinal et en sens travers. Une comparaison entre les modèles physiques de prédiction des contraintes et une analyse statistique des résultats d'essais mécaniques en fonction des conditions d'élaboration a été effectuée. Compte tenu de l'expérience et des résultats acquis, plusieurs voies ont été suggérées pour approfondir ce travail, et l'utiliser dans la construction aéronautique et spatiale.

Matériaux composites à matrice intermétallique TiAl renforcée par des fibres de carbone

Matériaux composites à matrice intermétallique TiAl renforcée par des fibres de carbone PDF Author: Laurent Clochefert
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Pages : 161

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L'ETUDE DES INTERACTIONS CHIMIQUES ENTRE UNE FIBRE DE CARBONE ET UNE MATRICE TIAL ET LEUR INFLUENCE SUR LE COMPORTEMENT MECANIQUE DU COMPOSITE INTERMETALLIQUE A ETE REALISEE DANS LE DOMAINE DE TEMPERATURE 1000/1200C CORRESPONDANT AUX CONDITIONS SEVERES D'ELABORATION. ON MET EN EVIDENCE UNE FORTE REACTIVITE CONDUISANT A LA FORMATION DE CARBURES ET S'ACCOMPAGNANT D'UNE DEGRADATION DE LA TENUE MECANIQUE. L'ETUDE CINETIQUE MONTRE EN OUTRE QU'AUCUNE CONSOLIDATION NE PEUT ETRE OBTENUE SANS L'INTERPOSITION D'UNE BARRIERE DE DIFFUSION. LES OXYDES AL2O3 ET Y2O3 QUI PEUVENT JOUER CE ROLE ONT ETE DEPOSES PAR P.V.D. SUR LA FIBRE ET TESTES. L'YTTIUM, BIEN QUE DEPOSEE EN FAIBLE EPAISSEUR, EST PARFAITEMENT CRISTALLISEE ET CONSTITUE UNE BARRIERE CHIMIQUE PARTICULIEREMENT EFFICACE. LE COMPORTEMENT THERMOMECANIQUE EST TESTE SUR DES MICROCOMPOSITES C/Y2O3/TIAL. ON OBSERVE UNE AMELIORATION NOTABLE PAR RAPPORT A CELLE DES ALLIAGES INTERMETALLIQUES DE LA TENACITE DU COMPOSITE DUE AU FAIBLE COUPLAGE MECANIQUE ENTRE FIBRE ET MATRICE

Contribution à la compréhension et à la modélisation du comportement mécanique de matériaux composites à renfort en fibres végétales

Contribution à la compréhension et à la modélisation du comportement mécanique de matériaux composites à renfort en fibres végétales PDF Author: Abdelmonem Elouaer
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L'industrie des matériaux composites ne cesse d'évoluer et de croître en mettant en place de nouveaux matériaux et de nouvelles technologies. En substitution des matériaux d'origine fossile que les matériaux d'origine naturelles (et surtout végétales) commencent à voir le jour. C'est dans ce contexte que notre travail de recherche est proposé. Il s'intéresse à la caractérisation du comportement mécanique d'un composite à matrice Polypropylène, renforcé avec des fibres de Chanvre et du bois de Chanvre (Chènevotte). Les différents moyens et techniques de caractérisation, utilisés par la présente étude, ont montré que ces nouveaux matériaux sont dotés de propriétés, en particulier mécaniques, de haut niveau, qui viennent rivaliser avec celles des autres composites classiques à base de fibres de verre et de carbone.Les essais expérimentaux en statique et de fatigue, ont révélé beaucoup de détails en comparaison avec d'autres matériaux composites. Ces informations ont permis de créer une sorte de base de données qui pourra servir de référence pour d'autres composites de la même famille à base de fibres végétales. Ainsi, des mécanismes d'endommagement ont été mis en évidence grâce aux essais mécaniques (traction monotone, charge-décharge, ...) associés à des observations microscopiques (Microscope Electronique à Balayage), et à des outils de détection du dommage basés sur l'émission acoustique. Par le biais de cette technique, nous avons pu apprécier la qualité et l'importance de l'interface fibre/matrice qui est un paramètre fondamental pour la présente étude et pour la détermination de la loi de comportement du composite.La modélisation micromécanique a été intégrée dans ce travail de thèse, grâce au modèle de Mori-Tanaka. Le comportement des matériaux à l'endommagement n'a pas été pris en considération ; seule l'élasticité a été étudiée. A l'aide de ce modèle, nous avons pu remonter aux propriétés intrinsèques des constituants (le module d'élasticité longitudinale des renforts: Chanvre et Chènevotte).

Comportement en fluage de composites à renfort carbone et matrices époxyde et peek

Comportement en fluage de composites à renfort carbone et matrices époxyde et peek PDF Author: Tania Risson
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Pages : 244

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Les excellentes propriétés mécaniques spécifiques (rapport performance / poids) des matériaux composites à fibres longues de carbone renforçant une matrice polymérique (CFRP) ont conduit depuis une vingtaine d'années à leur utilisation dans nombre d'applications de haute technologie. Néanmoins, les coûts de matière et de mise fin œuvre, leur faible résistance aux dommages et la méconnaissance de leur comportement à long terme sont les principales limitations à une diffusion encore plus importante. Plus particulièrement, dans le cas de pièces soumises à des conditions sévères de sollicitation (charges importantes et températures élevées), l'étude du comportement en fluage devient essentielle pour une conception optimale. L'enjeu scientifique se situe donc au niveau du développement de méthodes de caractérisation accélérée et de modélisation permettant une extrapolation fiable des résultats expérimentaux aux conditions réelles d'utilisation. Une bonne compréhension des mécanismes de dégradations intervenant sous sollicitation thermomécanique s'avère par conséquent nécessaire. Deux classes de composites sont considérées, l'une à matrice thermodurcissable (RTM), l'autre à matrice thermoplastique (APC-2). La première étape consiste à définir un domaine d'expérimentation pour les essais de fluage (en termes de température et de contrainte appliquée). Les différents aspects du comportement en fluage intervenant sous diverses conditions de sollicitations thermomécaniques sont ensuite analysés. Ces résultats sont complétés par une étude de l'évolution structurale des matériaux en cours d'essai. Pour la caractérisation de l'endommagement, deux types de méthodes sont employés : les techniques d'émission acoustique et de mesures de propriétés électriques sont utilisées pour le suivi de l'Initiation et de la propagation de dégradations en cours d'essai mécanique; une analyse par spectrométrie mécanique est réalisée afin de caractériser "l'état d'endommagement" des matériaux suite à l'application d'une sollicitation thermomécanique. L'ensemble des informations ainsi collectées permet l'élaboration d'une carte d'endommagement. La prévision du comportement à long terme peut finalement être abordée : une approche basée sur le principe de superposition Temps-Température-Contrainte est adoptée et complétée par une analyse plus physique inspirée du modèle microstructurai de PEREZ.

Contribution a l'étude des matériaux composites renforcés par des fibres végétales aiguilletées

Contribution a l'étude des matériaux composites renforcés par des fibres végétales aiguilletées PDF Author: Justin Merotte
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Pages : 246

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Proposer des solutions permettant de concevoir et de fabriquer des pièces automobiles performantes mais également respectueuses de l'environnement est devenu un enjeu majeur pour les équipementiers automobiles. Ces travaux de thèse s'inscrivent donc dans ce contexte de compréhension et d'amélioration des matériaux composites non-tissés aiguilletées renforcés par des fibres végétales. À partir d'un même matériau de base, il est possible d'obtenir des structures et des propriétés différentes grâce au contrôle du taux de porosités dans le matériau. On peut ainsi conférer au composite de bonne propriétés d'absorption acoustique à des taux de porosités élevés (50%) ou au contrainte privilégier la tenue mécanique du produit en les limitant. La structure du matériau et la liaison fibre/matrice vont évoluer avec la fraction de porosités et en résulteront des comportements mécaniques bien différents. Suivant le taux de porosité, les performances mécaniques seront donc principalement gouvernées par des paramètres différents tels que la liaison interfaciale ou le renfort. Dans un environnement automobile, les conditions climatiques (humidité et température) jouent un rôle prépondérant dans les performances des biocomposites non-tissés. En effet, l'adhérence fibre/matrice est essentiellement liée aux contraintes radiales compressives, qui sont largement influencées par l'état hygrométrique du renfort. Enfin, la valorisation les chutes de fabrication issues de la thermocompression pour modifier la structure du composite non-tissé a permis de développer un produit présentant un gain en rigidité significatif.

Comportement mécanique à long terme et en température d'un composite injecté à matrice PEEK renforcé de fibres de carbone courtes

Comportement mécanique à long terme et en température d'un composite injecté à matrice PEEK renforcé de fibres de carbone courtes PDF Author: Sylvain Corveleyn
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Languages : fr
Pages : 175

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Les composites thermoplastiques hautes performances ont suscité l'intérêt de l'industrie aéronautique pour remplacer l'aluminium dans certaines pièces. Ils permettent la production de pièces moins lourdes et moins coûteuses. Parmi ces matériaux, le PEEK renforcé par des fibres de carbone courtes semble intéressant pour des applications nécessitant de hautes propriétés thermomécaniques. Ce matériau a déjà fait l'objet de travaux au Laboratoire ICA de l'IMT Mines Albi, dans le cadre de la thèse de Jérémy Crevel ainsi que les projets régionaux Midi-Pyrénées CINTHTE, CINTHTE2 et FUI INMAT2. En outre, des applications industrielles sont en cours de développement chez Liebherr Aerospace. Cependant, le comportement à long terme en température de ce matériau est mal connu. L'objectif de cette thèse est de déterminer la plage d'utilisation du matériau en fonction du temps, de la température et du chargement. Deux phénomènes intervenant à hautes températures et à long terme sont étudiés : le vieillissement et le fluage. L'étude du vieillissement sous air s'est concentrée sur l'évolution des propriétés mécaniques en traction après une longue exposition à haute température. L'influence du vieillissement sur les propriétés mécaniques usuelles (module, contrainte à rupture et allongement à rupture) ainsi que sur l'endommagement et la plasticité a été mesurée en dessous et au-dessus de la température de transition vitreuse et pour différentes orientations de fibres. L'évolution de la structure du matériau avec le vieillissement a été suivie pour faire le lien avec les propriétés mécaniques. L'étude du fluage s'est faite à des contraintes inférieures au seuil d'endommagement du matériau. Des essais à court terme et dynamiques fréquentiels ont été réalisés pour définir un modèle de comportement dépendant du temps et l'identifier sur le long terme. Ils ont en outre permis de prendre en compte la température, le vieillissement et l'anisotropie du matériau pour des durées longues. Ces deux études (vieillissement et fluage) ont été unifiées dans un critère de rupture pour prévoir le temps à rupture du matériau. Enfin, un modèle viscoélastique isotrope transverse et des indicateurs de rupture en fluage ont été implémentés dans Abaqus pour réaliser des calculs sur des pièces industrielles.

Élaboration et caractérisation du comportement mécanique de composites stratifiés à matrice organique avec tapis de nanotubes verticalement alignés

Élaboration et caractérisation du comportement mécanique de composites stratifiés à matrice organique avec tapis de nanotubes verticalement alignés PDF Author: Anh Tuan Le
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Languages : fr
Pages : 157

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Book Description
Les matériaux composites à matrice organique et à fibres longues occupent une place grandissante dans des applications structurales, notamment dans les domaines de l'aéronautique et du spatial. Ces matériaux présentent en effet un ensemble d'atouts tels qu'une bonne résistance à la corrosion, une faible masse volumique et de bonnes propriétés mécaniques. Néanmoins, certaines propriétés restent à améliorer comme la résistance au délaminage, notamment critique pour des sollicitations d'impact. Le travail de thèse est réalisé dans le cadre du projet collaboratif FUI ATIHS (Amélioration de la Tenue des structures satellites aux Impacts Hypervitesse de débris Spatiaux). Il porte sur l'incorporation de tapis de nanotubes de carbone verticalement alignés, ou tapis de VACNTs (Vertically Aligned Carbon Nanotubes) dans un composite à matrice organique à fibres longues de carbone dans l'objectif de développer un nouveau matériau composite aux propriétés mécaniques améliorées pour des sollicitations statiques et à l'impact. Une première partie du travail de thèse est consacrée au développement et à la mise en œuvre du procédé d'élaboration d'un nouveau matériau composite stratifié en plaçant des tapis de nanotubes aux interplis. Il s'agit en premier lieu de maîtriser le transfert des tapis de VACNTs sur un pré-imprégné M55J-M18, par montée capillaire partielle de la résine puis séparation du substrat de croissance des VACNTs. Dans un deuxième temps, il s'agit de consolider le composite stratifié en conservant la morphologie initiale des VACNTs et en évitant la formation de porosité. Par des observations de l'échelle microscopique à l'échelle macroscopique, le travail a permis une identification de paramètres procédé répondant à ces objectifs et une meilleure compréhension des mécanismes mis en jeu. Après une étape de mise au point réalisée à petite échelle, le procédé d'élaboration du nouveau composite a été validé à une échelle permettant d'envisager des applications structurales. Une deuxième partie du travail concerne l'étude du comportement mécanique du nouveau matériau composite sous différents types d'essais statiques, notamment ceux sollicitant les interfaces. La démarche est basée sur une comparaison avec le matériau de référence non renforcé. Elle couple des analyses des résultats d'essais mécaniques et d'observations microstructurales à différentes échelles. Elle permet à nouveau une meilleure compréhension des mécanismes d'endommagement. Des déplacements des zones d'endommagement ont été constatés du fait de l'introduction des VACNTs aux interplis, ce qui permet de dégager des perspectives pour la poursuite du développement de composites renforcés de nanotubes de carbone.