Caractérisation expérimentale et modélisation de la perméabilité de renforts à fibres continues déformés par cisaillement (original) (raw)
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Nouveau modèle d'endommagement en fatique pour les thermoplastiques renforcés par des fibres courtes
Le présent travail contribue à la modélisation phénoménologique de l'endommagement en fatigue de matériaux composites à matrice thermoplastique renforcée par des fibres de verre courtes. L'objectif final consiste à développer et à implémenter un nouveau modèle d'endommagement dans un code de calcul par éléments finis, en vue d'une meilleure prédiction de la durabilité conduisant à l'optimisation de pièces composites utilisées dans l'automobile. Les résultats concernent plus particulièrement : • Une nouvelle loi de comportement élastique endommageable en fatigue. • L'implémentation de cette loi dans le code de calcul par éléments finis (Abaqus V6.5). Les résultats de plusieurs simulations pour les PA-66 et PP renforcés par des fibres courtes illustreront ce travail.
The European Physical Journal Applied Physics, 1998
The modeling of industrial processes such as SRIM or RTM for manufacturing matrix polymer composite materials needs the determination of the reinforcement material permeability. Until now, composite materials were mainly concerned by small thickness parts for which the reinforcement material is characterized by a two-dimensionnal permeability. This permeability is measured by kinetics studies based on a matter front displacement observed by optical visualizations at the surface of the reinforcement material. Our work is devoted to the modeling of the manufacturing of thick composite materials parts. In this case we have to determine an additional permeability of the reinforcement material along its thickness direction. To obtain this characteristics it is convenient to follow the flow of the fluid (resin) through the volume of the reinforcement material (fiber glass mats or fabrics). The opacity of this medium involves some difficulties for the matter front observation in the bulk. This problem was solved with the help of X-ray radioscopy. We describe the experimental device we designed. Then, since an original technique is used, we propose an analytical model convenient to the mathematical treatment of our experimental results. Résumé. La modélisation de l'injection de résine sur renfort telle qu'elle intervient dans les procédés SRIM ou RTM pour l'obtention de matériaux compositesà matrice polymère, passe par la connaissance d'un paramètre déterminant qui est la perméabilité du renfort. Jusqu'à présent la fabrication de pièces en matériaux compositesétait restreinteà des produits minces pour lesquels la perméabilité des renforts utilisés pouvaitêtre atteinte par un suivi cinétique de l'écoulement superficiel. Notre travail est concerné par la modélisation de la fabrication de piècesépaisses en matériaux composites. Dans ce cas il est nécessaire de pouvoir déterminer la perméabilité du renfort dans la dimension parallèleà sonépaisseur. Cela nécessite donc de pouvoir suivre l'écoulement du fluide (résine) dans le volume du renfort (tissu ou mat de fibres de verre). Pour ce faire l'opacité de ce milieu entraîne quelques difficultés que nous avons surmontées en faisant appelà la radioscopie X pour suivre l'avancée du front de matière dans l'épaisseur du renfort. Nous décrivons le dispositif expérimental que nous avons mis en oeuvre. Compte tenu de l'originalité de la technique utilisée, nous proposons un modèle analytique adaptéà l'exploitation d'un suivi de front tridimensionnel.
Analyse du comportement de renforts tissés interlock lors du procédé de préformage
2013
Des fils hybrides en verre/Polypropylène ont été utilisés dans différentes structures tissées interlock, puis mis en forme par un procédé d'emboutissage. Les préformes seront ensuite consolidées lors du chauffage du polypropylène jouant le rôle de matrice thermoplastique du composite. Dans cette étude, le comportement des tissés 3D vis-à-vis des problématiques de déformabilité lors de l'étape de préformage des renforts secs épais a été analysé. Des essais d'emboutissage avec un poinçon de forme hémisphérique ont été conduits afin d'analyser l'influence des familles d'architectures interlock dites «couche à couche», «Interlock orthogonal» et «Angle interlock» sur cette déformabilité. Afin de comparer les architectures entre elles, chaque éprouvette a été tissée avec les mêmes réductions chaîne et trame. Pendant le préformage, les angles de cisaillement entre les fils de chaîne et de trame, l'avalement du tissu sur les bords des éprouvettes mais également les variations d'épaisseur ainsi que le glissement entre les couches extérieures des éprouvettes ont été mesurés. Les essais révèlent une homogénéité de certaines structures embouties. Les tissus interlocks n'ont révélés aucune plissure non désirée et le procédé d'emboutissage n'a pas généré de rupture des fils. De plus, les essais menés ont révélés le bon comportement de la structure interlock couche à couche lors de l'emboutissage.
Caractérisation mécanique de l’interface collée béton/renfort composite par essai de cisaillement
Revue des composites et des matériaux avancés, 2012
Paris cedex 15 RÉSUMÉ. L'essai de cisaillement sur joint collé est l'un des tests mécaniques utilisés pour la caractérisation des interfaces collées entre matériaux composites et supports en béton. Ce type d'essai permet de déterminer des paramètres utiles au dimensionnement des systèmes composites collés utilisés pour le renforcement et la réparation des ouvrages d'art. Cet article décrit dans un premier temps la procédure d'essai associée et s'intéresse à la dispersion des résultats. Une étude expérimentale traite ensuite de l'influence de la nature du support sur le transfert des efforts par cisaillement, puis de l'optimisation de la taille des échantillons utilisés. Depuis sa mise en service, le dispositif présenté a permis de caractériser de nombreux systèmes de renforcement composites et a démontré sa robustesse et sa fiabilité en termes de dispersion des résultats.
Modélisation numérique du procédé de tissage de renforts fibreux pour matériaux composites
Afin de développer les structures textiles 3D en tant que renforts de matériaux composites notamment en aéronautique, une bonne prédiction de la géométrie et des propriétés mécaniques de la cellule élémentaire tissée sont nécessaires. L'obtention de géométries réalistes pour ces cellules élémentaires de tissus est particulièrement délicate en raison notamment de la complexité des architectures. En particulier, les outils existants qui discrétisent à une échelle mésoscopique, l'architecture des tissus 3D, ne tiennent pas compte de l'influence du procédé de fabrication sur la constitution de la structure textile. Si des outils numériques dédiés à la modélisation du procédé de tressage et de tricotage sont disponibles, il n'en est rien concernant le tissage. Au cours du processus de fabrication, les mèches sont soumises à des déformations importantes dues aux contraintes qu'exercent certains éléments de la machine à tisser ou provenant du frottement entre les mèches. Ces déformations importantes conduisent notamment à des modifications de formes de section de mèches, ou de densités locales qui vont modifier la résistance mécanique du tissu. Le modèle numérique présenté permet de prédire ces déformations importantes, grâce à une modélisation par éléments finis, et leurs influences sur la géométrie de l'architecture textile.
2015
L'objectif de ce travail est d'etudier l'effet de la temperature sur les proprietes physiques et mecaniques de mortiers normalises renforces avec des fibres d'acier, des fibres de polypropylene et des mortiers hybrides. Des mesures non destructives (absorption d'eau par capillarite, porosite communicante, permeabilite au gaz, vitesse de propagation des ondes longitudinales) et des mesures destructives (resistance mecanique a la flexion, module d'elasticite, resistance mecanique a la compression) ont ete realisees sur des echantillons chauffes avec une vitesse de montee de 5°C/minute a des temperatures croissantes maximales : 105°C, 400°C, 500°C et 800°C. Les resultats montrent une tres bonne correlation entre l'evolution de ces proprietes et l'endommagement induit par le traitement impose. L'etude montre une degradation importante des caracteristiques physico-mecaniques du materiau fibre des 500°C. Ce seuil de 500°C est identifie tant sur les mesu...
Oil & Gas Science and Technology, 2001
-Les interactions entre le vieillissement humide de composites unidirectionnels verre/époxy et leur tenue en fatigue par flexion sont ici abordées dans le cadre d'un modèle de durabilité fondé sur des notions de corrosion sous contrainte. L'étude est focalisée sur les stades initiaux de l'endommagement par fatigue, qui sont caractérisés par l'accumulation diffuse, à l'échelle microscopique, des ruptures différées des monofilaments de verre constituant le renfort. Ces processus sont décrits à l'aide d'un modèle de corrosion sous contrainte faisant appel, d'une part, à la distribution initiale des défauts de surface des fibres, d'autre part, à la cinétique de croissance sous-critique de ces mêmes défauts sous l'action combinée des contraintes et de l'humidité. Ces aspects sont validés expérimentalement sur des mèches de fibres non imprégnées, puis à l'échelle d'un volume élémentaire représentatif de composite. L'existence d'une relation empirique entre la densité de fibres rompues et la raideur en flexion trois points du matériau permet alors d'établir des expressions prédictives de la raideur. Celles-ci sont déduites du calcul de la probabilité de survie des fibres de verre. Le modèle aboutit à la détermination des cinétiques de perte de raideur de poutres de flexion composites en fonction de la nature du chargement mécanique de fatigue (niveau de déformation, fréquence, rapport de sollicitation) et des paramètres environnementaux (température, humidité). Les prédictions sont confrontées à des résultats expérimentaux obtenus sous chargements monotones, quasi statiques (relaxation) et de fatigue cyclique.
2011
Thèse présentée à la Faculté des études supérieures de l'Université Laval dans le cadre du programme de doctorat en génie civil pour l'obtention du grade de Philosophise Doctor (Ph.D) REMERCIEMENTS Je remercie Dieu, qu'il soit Exalté, pour m'avoir donné le courage et la persévérance nécessaires à l'accomplissement de ce travail. Ce travail de thèse a été mené sous la direction du professeur Augustin GAKWAYA et la codirection des professeurs Fouad ERCHIQUI et Mario FAFARD. Ils sont à mes yeux des mentors hors pair. Les côtoyer tout au long de ces années d'études est un honneur pour moi et aussi un privilège. Je tiens à leurs exprimer mon plus grand respect, doublé d'une profonde gratitude. Je voudrais remercier les professeurs Marie-Laure DANO, Luca SORELLI et Abdessalem DERDOURI pour l'intérêt qu'ils ont porté à ce travail en acceptant de l'évaluer. Ce travail a bénéficié du soutien logistique de la professeure Marie-Laure DANO qui a bien voulu mettre à notre disposition le dispositif expérimental sans lequel ce travail aurait été incomplet. Qu'elle trouve ici l'expression de ma profonde reconnaissance. Je dédie humblement ce travail à mon père qui ne cesse de me soutenir et de m'encourager afin de concrétiser mes desseins. Je le dédie à la mémoire de ma mère et de ma belle mère ainsi qu'à toute ma famille. Je tiens à faire part de toute ma gratitude à feu oncle NOUBIR. Son soutien énorme a grandement contribué à l'accomplissement de ce travail. Sa mémoire restera gravée dans mon coeur. Mes vives reconnaissances vont à l'endroit de tous mes amis. Ils étaient d'un grand soutien. Finalement, je tiens à remercier l'ACDI et son programme de bourses canadiennes de la francophonie, qui a contribué à financer mon travail de thèse. Liste des tableaux 5.1 Fibres de verre E : Propriétés mécaniques [KZOOa] 98 5.2 Propriétés du polypropylene [KZOOb] 99 5.3 Propriétés du Twintex. Source :http://www.ocvreinforcements.com/ pdf/products/Twintex_TPP_ww_06_2008_Rev5.pdf 99 5.4 Dimensions des éprouvettes Twintex 5.5 Modèle de comportement viscoélastique orthotrope : paramètres à identifier et tests utilisés 5.6 Modèle de comportement viscoélastique orthotrope : modules et temps de relaxation 5.7 Modèle de comportement viscoélastique orthotrope : conditions imposées aux constantes matérielles 5.8 Modèle de comportement viscoélastique orthotrope : paramètres rendant compte de la réponse des fibres 5.9 Modèle de comportement viscoélastique orthotrope : paramètres rendant compte des réponses de la matrice et des interactions matrice-fibres.. . 5.10 Modèle de comportement hyperélastique orthotrope : paramètres rendant compte de la réponse des fibres 5.11 Modèle de comportement hyperélastique orthotrope : paramètres rendant compte de la réponse de la matrice et des interactions matrice-fibres.. 5.12 Modèle de comportement hyperélastique orthotrope avec endommagement : paramètres à identifier et essais utilisés 5.13 Modèle de comportement hyperélastique orthotrope avec endommagement : paramètres rendant compte du comportement des fibres 5.14 Modèle de comportement hyperélastique orthotrope avec endommagement : paramètres rendant compte du comportement de la résine et des interactions matrice-fibres 6.1 Résultat de l'identification inverse pour la loi hyperélastique orthotrope dépourvue de l'endommagement 6.36 Mise en forme par thermoestampage via le modèle hyperélastique orthotrope avec endommagement : a) distribution de la contrainte o u , b) distribution de la contrainte cr 2 2, c) distribution de la contrainte de Von Mises 6.37 chemin CH2 6.38 Distribution de la contrainte o u le long du chemin CH2 (modèle hyperélastique sans endommagement) 6.39 Variable de l'endommagement associée à la direction chaîne 6.40 Variable de l'endommagement associée à la direction trame 6.41 Variable de l'endommagement associée à la direction chaîne le long du chemin CH2 6.42 Variable de l'endommagement associée à la matrice 6.43 Variable de l'endommagement associée aux interactions matrice-fibres.. 6.44 Variable de l'endommagement associée à la matrice le long du chemin CH2 6.45 Variable de l'endommagement associée aux interactions matrice-fibres le long du chemin CH2 6.46 Mise en forme par thermoestampage avec le modèle hyperélastique sans endommagement : déformée 6.47 Mise en forme par thermoestampage via le modèle hyperélastique sans endommagement : a) variation d'angle entre les fibres, b) distribution de l'épaisseur 181 6.48 Mise en forme par thermoestampage via le modèle hyperélastique sans endommagement : a) distribution de la contrainte <7n, b) distribution de la contrainte 022 181 6.49 Distribution de la contrainte o u le long du chemin CH2 sans prise en considération de l'endommagement 6.50 Contrainte a"n le long du chemin CH2 : modèle hyperélastique avec endommagement vs modèle hyperélastique sans endommagement. ... 1. Continuous fiber reinforced thermoplastic.
Renforcement en cisaillement des dalles épaisses en béton armé : étude expérimentale et numérique
2012
Le systeme structural de plusieurs ponts peut etre associe a dalle epaisse en beton arme. Avec l’augmentation des charges routieres ainsi que la degradation des materiaux, certains de ces ouvrages doivent maintenant etre renforces en cisaillement. Le but de ce projet est d’etudier le comportement des dalles epaisses renforcees par divers types de renforcements et de determiner une methode de calcul de ce renforcement. La methode de renforcement etudiee consiste a percer une ouverture verticale dans la dalle, y inserer une barre d’armature et la retenir par differentes methodes d’ancrage. Les premiers resultats experimentaux montrent que le renforcement d’une dalle peut accroitre sa resistance en cisaillement de 49%. L’outil d’analyse par elements finis Vector2 va permettre d’etudier les principaux parametres influencant le comportement des dalles. Les premiers resultats experimentaux ainsi que les modeles numeriques y etant lies sont presentes.