Caractérisation mécanique et tolérance à l’endommagement des matériaux composites à renfort verre et matrice organique
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Date
2016
Authors
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Volume Title
Publisher
Université Mouloud Mammeri
Abstract
Les matériaux composites trouvent de plus en plus d’applications dans la réalisation de
pièces structurales de dimensions diverses dans de nombreux secteurs industriels tels que
l’aéronautique, la construction automobile, le nucléaire, le génie biomédical… en effet dans
ces domaines d’application le remplacement des matériaux métalliques par les composites est
motivé par l’allégement des structures à propriétés mécaniques égales. En raison du coût
généralement élevé de ces matériaux, un effort particulier est fait en direction d’une réduction
des couts de fabrication afin d’optimiser les processus d’élaboration et les propriétés d’usage.
Un autre point important est le comportement à long terme de ces matériaux. Un effort
important a été fait ces dernières années pour prolonger la durée de vie des structures en
matériaux composites et prévoir le cas échéant leur rupture. D’une façon générale, la
durabilité de ces matériaux fortement hétérogènes et d’une grande complexité structurale n’est
pas encore maitrisée alors qu’elle est au coeur des problèmes de sécurité des grandes
structures technologiques notamment aéronautique, spatiale et nucléaire. Plus
particulièrement dans les cas ou les pièces sont soumises à des conditions d’utilisation
impliquant des charges importantes sur de longues durées, une connaissance précise du
comportement en fluage devient essentielle pour une conception et une durée de vie optimale.
Dans ce but, il est essentiel d’avoir la meilleure connaissance possible de ces matériaux,
en terme de microstructure et de propriétés mécaniques de manière à pouvoir suivre ces
propriétés sous sollicitations afin d’identifier les mécanismes d’endommagement mis en jeux,
leur initiation et leur développement jusqu'à rupture. Pour ce faire, des modèles de
comportement mécanique intégrant la microstructure et l’endommagement sont développés et
présentent une grande utilité pour l’étude de ce phénomène. Cependant peu de travaux sont
consacrés à l’aspect prédictif en termes de durée de vie. Parallèlement aux efforts de
modélisation, de nombreux essais mécaniques sont menés sur les matériaux de structures pour
évaluer les propriétés mécaniques, étudier la résistance des matériaux et valider les modèles.
La encore les essais sont peu utilisés notamment en terme de prédiction de la rupture. Notre
contribution se situe dans ce cadre. Nous nous sommes fixé dans ce travail comme but
d’obtenir une description la plus précise possible du comportement en fluage afin de mieux
comprendre les processus qui mènent à la rupture. A travers une analyse de la déformation et
de la contrainte, le comportement de matériaux composites à matrice organique renforcée
avec des fibres de verre a été étudié expérimentalement, depuis la mise en charge jusqu'à la
rupture. Les propriétés essentielles du comportement, notamment à rupture ont été mises en
évidences et les possibilités de prédire la rupture ont été explorées.
Le premier chapitre est consacré à une synthèse bibliographique, il comporte une
présentation générale des matériaux composites. Il expose des généralités et des méthodes
utilisées pour l’élaboration des matériaux qui font l’objet de la présente étude.
Le deuxième chapitre concerne le comportement des matériaux composites. Nous avons
cité quelques détaills sur le comportement élastique linéaire des matériaux composites ainsi
que leurs lois de comportement ensuite nous avons donné l’importance aux phénomènes de
rupture pour expliquer les mécanismes d’endommagement qui provoquent la rupture des
pièces mécaniques en services. Cette rupture arrive généralement suite à une dégradation des
caractéristiques mécaniques sous l’effet des charges statiques ou dynamiques qu’on appelle
aussi fatigue. Le milieu de travail des pièces mécanique n’est pas à exclure des phénomènes
responsables de cette dégradation car la température et l’humidité sont souvent a l’origine
du vieillissement physico-chimique.
Le troisième chapitre est consacré au phénomène de fluage des pièces mécanique
soumises pour des charges statiques et travaillant pour des longues durées. Malheureusement
la durée de vie d’une pièce est limitée à cause de l’endommagement ce phénomène qui
explique le développement des défauts à l’échelle microscopique, mesoscopique et
macroscopique jusqu'à la rupture totale. La modélisation des endommagements nécessite un
ou plusieurs modèles d’analyse, ce qui fait l’objet de la fin de ce chapitre.
Enfin le quatrième et dernier chapitre aborde la prévision du comportement à long terme :
une approche basée sur le principe de superposition Temps-Température-Contrainte sera
appliquée et complétée par une analyse plus physique inspirée du modèle microstructural de
findley
Description
155 f.:ill.;30 cm.(+CD-ROM)
Keywords
Matériaux composite, Fatigue : endommagement
Citation
Mécanique Appliquée