Academic literature on the topic 'Assemblages collés – Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)'

Dans cette étude, nous proposons une généralisation de la méthode de réanalyse de l'équilibre des structures à la réanalyse de rigidité (géométrie et matériaux). Cette généralisation fait appel à des conditions mixtes, portant simultanément sur les efforts et les déplacements. Une application a l'endommagement decoule naturellement de cette methode et sera proposee. Cette méthode a pour avantage de donner une solution générale du système de l'équilibre, indépendamment des conditions aux limites. Du point de vue numérique, nous présentons également une méthode de résolution du système singulier par décomposition permettant d'éviter le calcul de l'inverse régularisée. Cette décomposition rejoint le concept de l'inverse partiel de Moore-Penrose. Elle permet un gain en temps de calcul et une simplicité de présentation. Elle facilite l'étude du comportement non linéaire des matériaux et notamment le cas de la variation de rigidité. La puissance de la méthode de réanalyse provient en partie de la facilité avec laquelle elle permet d'imposer des conditions cinématiques diverses. Avec l'extension proposée, toute loi mécanique pouvant s'exprimer directement ou indirectement par des conditions cinématiques ou mixtes peut être modélisée par cette méthode. Ce qui nous a permis de modéliser par exemple, des conditions portant sur le vecteur contraintes alors que cette méthode est basée sur les éléments finis en déplacements. Notre travail est divisé en deux parties : la première est consacrée à la réanalyse avec modification des conditions aux limites en chargements, en déplacements et en contraintes. La deuxième partie de cette étude est consacrée à la réanalyse de rigidité. Comme application, nous traitons le cas de l'endommagement des matériaux composites unidirectionnels.

Les assemblages, parties intégrantes des structures en bois, doivent être dimensionnés de manière à supporter les efforts prévisibles au cours de la durée de vie de la structure. L'assemblage colle en biseau intervient dans de nombreux éléments, en particulier pour les structures en bois lamellé collé. Cette étude a pour but d'étudier le comportement avant la rupture de ce type d'assemblage. Pour cela, on suit l'endommagement au cours du chargement de l'assemblage en biseau qui est composé de trois matériaux: le bois, un composite bois+colle et la colle. Plusieurs essais d'endommagement jusqu'à la rupture ont été réalisés. On en déduit que seule la partie colle est endommagée. On vérifie ce modèle par un calcul aux éléments finis
Joints, which are essential parts of timber structures, must be designed to support expected loads during the life of the structure. The scarf joint is present in many elements, mainly in glulam structures. The behaviour before fracture of such joints is the object of this study. The cumulated damage of the joint is followed during the loading. The joint is considered as composed from wood, wood+adhesive, adhesive. A number of damage tests has been made. These tests have been purchased till fracture occurs. It is deduced from them that the adhesive part is the only one which is damaged during the loading. The corresponding damage law is identified and the model is verified with a finite elements computation

Les collages sont de plus en plus employés dans l'industrie. Le manque d'outils numériques fiables et efficaces pour la prédiction de la capacité de charge de ce type d'assemblage limite encore leur application. La rupture d'un joint collé est le résultat de l'évolution et de l'interaction de plusieurs process complexes de dégradation dans la couche de colle. Le modèle d'interface endommageable proposé dans cette thèse permet la modélisation de la dégradation du collage pendant toute la phase de chargement. Ce modèle, issu de ceux employés pour la modélisation de la dégradation interlaminaire dans les composites, a été implanté dans le code de calcul industriel CAST3M. Cette implantation a été validée par comparaison avec des approches de type Mécanique Linéaire de la Rupture et avec d'autres types de modèles d'interface endommageable. La difficulté, en utilisant ce type de modèle, est justement l'identification des paramètres mécanique de l'interface. Ces paramètres sont valables uniquement pour la colle, le matériau des substrats et les traitements de surface pour lesquels ils ont été identifiés. Les essais sur les structures collées sont donc pour l'instant indispensables. L'un des objectifs du travail réalisé est l'identification des paramètres. Cette identification est basée sur des mesures acoustiques non destructives des caractéristiques initiales du collage (raideurs) et sur des mesures mécaniques destructives (énergies critiques). L'objectif final de cette étude est d'avoir un outil numérique capable d'apporter la fiabilité et l'efficacité dont l'industrie a besoin pour développer davantage l'utilisation du collage comme méthode d'assemblage structural
The use of adhesive in composite and metalic components has become increasingly popular. However, the lack of reliable and effient computational tools for the prediction of the load-carrying capacity of such type of junctions have severely limited their range of application. Failure of adhesively bonded joints is the result of the evolution and interaction of several complex degradation processes in the adhesive layer. The damage interface model proposed in this study allows modelling the joints degradation during all the loading phase. This model, which originates from those employed for the analysis of delamination in composites laminates, has been implemented as a part of the finite element code CAST3M. Its implmentation was validate by comparison with Linear Fracture Mechanics models and width other damaging interface models. The difficulty, by using this type of model, is precisely the identification of the interface mechanical parameters. These parameters are valid only for the adhesive, material and the surface treatments for which they were identified. The tests on the bonded structures are thus essential. In this work, the identification of the interface parameters is based on nondestructive acoustic measures (stiffnesses) and on destructive mechanical measures (critical energies). The idenfication procedure is validated by the study of other geommetric configurations of a bonded joint. The aim of this work is to have a numerical tool able to bring the reliability and the effectiveness that the industry needs to develop the use of adhesive joints as a method of structural assembly

Cette thèse apporte une contribution à la compréhension et à la modélisation de la réponse d'assemblages collés sous des sollicitations en dynamique rapide générant des vitesses de déformation comprises entre 105 s-1 et 107 s-1. L'analyse présentée porte sur des assemblages aluminium/colle/aluminium. L'influence de la nature de la colle est étudiée par le biais de l'utilisation de deux types d'adhésifs : une résine époxyde et une résine silicone. Ces deux matériaux font l'objet d'une caractérisation expérimentale en régime dynamique et des approches de modélisation de leur réponse sous choc sont proposées. La réponse sous choc des assemblages collés est caractérisée à l'aide d'une grande diversité de moyens expérimentaux (laser, GEPI, lanceurs). L'influence de la durée de sollicitation et de la vitesse de déformation sur les seuils de rupture des empilements est ainsi investiguée sur une gamme de 3 ns à plus de 500 ns. Les essais laser permettent une récupération des échantillons pour des observations post-mortem. Le lien entre l'état final de l'empilement et la vitesse de face arrière mesurée est alors établi. Sur les essais d'impact de plaques et de compression isentropique, le couplage entre les mesures et la simulation numérique permet de mettre en évidence le caractère essentiellement adhésif des ruptures des empilements. La simulation numérique permet également de déterminer les seuils de rupture sur chacun des types d'essais et d'évaluer l'influence de la durée de sollicitation sur ces seuils. L'ensemble de ces résultats est destiné à être utilisé dans le cadre de l'optimisation d'un test d'adhérence par choc sur des assemblages millimétriques
Our work gives a contribution to the analysis of bonded assemblies' behaviour under high strain rates in a range from 105 s-1 to 107 s-1. We investigate the response of assemblies of aluminium 6061T6 substrates bonded with an adhesive material. The influence of the adhesive materials' nature is studied by using two kind of glue: an epoxy resin and a silicon resin. The behaviours of these materials under shock wave loading are characterized and modelling approaches are proposed. The response of bonded assemblies under shock wave loading is characterized with several experimental techniques (lasers, GEPI, gas-guns). The influence of the pulse duration on the tensile strength of the structure is investigated on a range from 3 ns to 500 ns. Laser tests help us to make microscopic observation of samples after experiments. The link between damage and rear surface velocity is established. Comparisons of measures and numerical computations with plate impact or isentropic compression experiments show that the mode of failure is mainly adhesive. Over more, the numerical computations help us to determine the tensile stress threshold with each kind of experiments and to evaluate the pulse duration influence on this threshold. These results will be used for the optimization of a shock adhesion test

Cette étude porte sur l’analyse expérimentale et numérique du comportement micromécanique des assemblages collés de type sifflet et double sifflet. La partie expérimentale de nos recherches utilise la grande sensibilité des jauges électriques, dans le but de caractériser l’endommagement progressif de nos éprouvettes jusqu’à leurs ruptures. Les nombreux essais réalisés montrent que l’endommagement peut être défini par trois seuils distincts (amorçage des premières microfissures Fd, charge pour laquelle elles se propagent Fg et la rupture ultime de l’éprouvette Fr), et que cet endommagement est étroitement lié aux propriétés mécaniques et géométriques des échantillons. Cette technique expérimentale est utilisée pour caractériser l’influence du vieillissement naturel sur l’endommagement des joints adhésifs biseautés en résine époxy et pour caractériser l’influence d’une singularité géométrique située au cœur du système jointif. La partie numérique de nos recherches est basée sur l’utilisation d’une loi élastoplastique couplée avec un modèle d’endommagement. Les modélisations nous permettent d’étudier le comportement de nos assemblages à l’échelle du joint, d’affiner nos analyses expérimentales et de préciser nos conclusions. Enfin une analyse prospective, basée sur des essais de thermoélasticimétrique est réalisée sur un assemblage collé de type double sifflet. Cette analyse apporte un éclairage original sur le comportement mécanique de ce type de liaison
This work consists in experimental and numerical analysis of the micromechanical behaviour of the adhesively bonded scarf joints and double scarf joints. The experimental part of our research uses the great sensitivity of the electric gauges, in order to characterize the progressive damage evolution of our bonded joints. The collected experimental data shows that damage can be defined by three distinct thresholds: the initiation of the first microcracks (load Fd), start of microcracks propagation (load Fg) and the ultimate failure of the adhesive layer (load Fr). The aim of this experimental program is to characterise the influence of natural ageing process on the damage evolution of two adhesively bonded scarf joints and to characterize the effects of geometrical singularity located in the middle of the adhesive joint. The numerical modelling of our research is carried out with ABAQUS® software. F. E. Modelling, enable us to study the mechanical behaviour of our assemblies in zones difficult to observe in the experimental studies. A complete thermoelasticimetric analysis of an adhesively bonded double scarf joint was carried out. This work allows studying and understanding the influence of an interior angle confined in the middle of the assembly, on the first damages initiation

L'objectif de ce travail est de pouvoir évaluer l'impact des paramètres aléatoires sur la tenue en service des assemblages collés dans le milieu naval. Une particularité de ces assemblages est l'utilisation de pièces de grandes dimensions et de joints de colle relativement épais (de l'ordre de 0,5 mm). La prise en compte de la dépendance temporelle des phénomènes et des sollicitations extérieures nécessite la mise en oeuvre de la théorie de la fiabilité fonction du temps. Ce type de couplage mécano-fiabiliste, pour des structures à comportement fortement non linéaire, nécessite des modèles mécaniques robustes tout en limitant le coût numérique. Pour répondre à ces contraintes, nous proposons l'utilisation de modèles de type zone cohésive pour décrire le comportement de la colle dans l'assemblage. Cette démarche utilisant un modèle d'endommagement est compatible avec la description de la dégradation progressive de la colle, avec la prise en compte de défauts initiaux et avec la modélisation de la propagation de fissures. Une première identification des paramètres d'un modèle de comportement endommageable de la colle, à partir d'essais mécaniques, a permis de mettre en oeuvre le couplage des approches fiabilistes avec la simulation par Éléments Finis de la dégradation d'une colle dans un assemblage.

Les collages ont pris une part de plus en plus importante dans le monde de l’industrie aérospatiale ces dernières années. Il s’agit essentiellement de collages structuraux dont le niveau de fiabilité attendu est très élevé. Cependant, le contrôle de leur état de santé après fabrication et au cours de leur vie reste un frein essentiel à leur utilisation. Il convient en effet de contrôler les endommagements liés à l’environnement extérieur et aux conditions de contraintes et de sollicitations thermiques. Pour le moment, les contrôles effectués sont des tests destructifs, très couteux. Le but de la thèse est de participer au développement d’une méthode de contrôle non destructif. Pour cela, des recherches bibliographiques ont mené à l’utilisation des ondes guidées ultrasonores qui permettent une investigation des collages sur de longues distances. La simulation de la propagation de ces ondes guidées a consisté en un modèle éléments finis en deux dimensions dans lequel le concept de raideur d’interface est introduit afin de prendre en compte des variations de la valeur de l’adhésion. Les études numériques ont permis de prévoir avec quels modes et à quelles fréquences obtenir des sensibilités à des défauts de type cohésif (absence de colle) mais aussi adhésif (pollution d’interface, sablage). Leurs résultats ont été confrontés à ceux expérimentaux obtenus sur des joints collés à simple recouvrement. Il a été observé que les modes de Lamb A0 et S0 et le mode de cisaillement horizontal SH0 étaient sensibles de façon plus ou moins importante à ces défauts. Ces résultats ont ensuite été discutés grâce à l’étude de certains facteurs influant sur la transmission des ondes guidées
Abstract

Le collage structural est une technique d’assemblage de plus en plus demandée aujourd’hui dans beaucoup de domaines comme l’automobile, l’aéronautique, l’aérospatial, l’industrie navale et ferroviaire. La qualité d’un adhésif est un important paramètre pour garantir la fiabilité et la durabilité d’un assemblage collé. On sait qu’une fausse conception d’un joint collé, un mauvais choix d’adhésif ou même un traitement de surface mal réalisé pourra avoir des conséquences spectaculaires voire dramatiques. En termes de performance, l'ajout de nanoparticules à base de carbone à l'adhésif peut contribuer à améliorer les performances des assemblages collés. Dans cette étude, des adhésifs renforcés par trois types de nanacharges sont développés. En effet, l'adhésif DGEBA a été renforcé avec des nanotubes de carbone (CNT), des nanoplaquettes de graphène (GNP) et du noir de carbone (CB) avec différentes fractions massiques (1wt.%, 2wt.% et 5wt.%). L'objectif global est l'étude de l'influence du type, de la fraction massique et des dimensions des nanocharges sur le comportement mécanique de la colle et de l’assemblage collé. Les résultats ont montré que chaque type d'adhésif renforcé par des nanocharges possède un bon potentiel en termes de comportement mécanique sous des sollicitations statiques et dynamiques. Cependant, la présence d'une fraction massique élevée de nanoparticules a tendance à entraîner une dégradation par rapport à l'adhésif pur en raison du changement de morphologie de la microstructure et des interactions physico-chimiques. Et afin de quantifier la résistance à l’endommagement de l’adhésif dopé par des nanocharges et démontrer la compatibilité de l'adhésion avec divers substrats, des essais DCB et ENF ont étaient réalisés sur des assemblages Aluminium/aluminium et Composite/composite. De plus, des modèles numériques avec prise en compte de l’endommagement de la colle dopée ont été développés et validés avec les résultats expérimentaux. Cette étude démontre que le type, la fraction massique, la taille et la forme des nanocharges jouent un rôle important dans l'amélioration des performances des assemblages collés
Adhesively bonded joint is a joining technique that is increasingly in a request today in many fields such as the automotive, aerospace, and naval. The adhesive selection is an important parameter to guarantee the reliability and durability of an adhesively bonded joint. It is well known that the wrong design of a bonded joint, the wrong choice of adhesive, or even a poorly executed surface treatment can have dramatic consequences. In terms of performance, the incorporation of carbon-based nanoparticles into the adhesive improves the performance of bonded joints. In this study, DGEBA adhesive doped by three kinds of nanofillers is established. Indeed, the adhesive has been doped with carbon nanotubes (CNT), graphene nanoplatelets (GNP), and carbon black (CB) with different mass fractions (1wt.%, 2wt.%, and 5wt.%). The overall objective is to study the influence of the type, mass fraction, and dimensions of the nanofillers on the mechanical behavior of the adhesive and the bonded joint. The results showed that each type of adhesive reinforced with nanofillers has a good potential in terms of mechanical behavior under static and dynamic loadings. However, the presence of a high mass fraction of nanoparticles tends to lead to degradation compared to the neat adhesive due to the transformation in microstructure morphology and physicochemical interactions. In addition, to quantify the damage resistance of the nanofiller-doped adhesive and demonstrate the adhesion compatibility with various kinds of substrates; DCB and ENF tests were performed on aluminum/aluminum and composite/composite bonded joints. Besides, numerical models taking into account the damage of the doped adhesive were developed and validated with the experimental results. This study demonstrates that the type, mass fraction, size, and shape of nanofillers play an important role in improving the performance of the adhesively bonded joints

Contribution à l'étude expérimentale et théorique de structures en béton armé renforcées à l'effort tranchant par collage de composites à matrice organique. Dans ce travail nous avons étudié le renforcement à l'effort tranchant de poutres en béton armé renforcées par collage de tissus ou de bandes en composite carbo-époxy. Les poutres sont conçues de telle sorte que la rupture par cisaillement soit dominante sauf cas particulier. Dans un premier temps, nous avons étudié l'influence de la hauteur du tissu et du bras de levier sur la charge ultime des poutres renforcées. Pour cette étude, deux types de poutres en béton armé de même configuration avec portée différente ont été réalisés. On a constaté, pour les deux types de poutres, que la hauteur maximale utile du tissu est égale aux ß de celle de la poutre et qu'elle suffit pour éviter toute rupture par cisaillement. Le gain en charge ultime est deux fois plus important pour les poutres de grande portée. La variation de l'espacement entre les cadres d'acier a montré que la contribution du tissu à la reprise de l'effort tranchant dépend effectivement de ce paramètre. Nous avons également réalisé une série d'essai sur la réparation de poutres endommagées. Les résultats montrent que les poutres réparées ont même charge de ruine que celles renforcées. Enfin, nous avons étudié le comportement expérimental de poutres renforcées par un système discontinu de bandes de TFCÒ collées. Ce programme expérimental nous a permis de mettre en évidence que la contribution des bandes de TFCÒ est plus importante lorsqu'elles sont perpendiculaires à la fissure d'effort tranchant et lorsque le renforcement est fait par bandage. Une étude par la méthode des éléments finis à l'aide du logiciel CASTEM 2000 a été menée. Le modèle simule correctement le comportement d'une poutre renforcée à l'effort tranchant et donne accès à des grandeurs difficilement mesurables.

Le collage structural se présente comme une alternative intéressante aux méthodes classiques d'assemblages par ajout d’éléments mécaniques pour alléger les structures aéronautiques. Cependant, l'utilisation de cette méthode soulève de nombreuses questions en termes de conception, caractérisation ou modélisation. Ce travail, à fort caractère expérimental, visent deux grands objectifs : (i) sélectionner les moyens d'instrumentation les plus adaptés pour la caractérisation du comportement jusqu'à rupture des assemblages collés et (ii) prédire le comportement des assemblages collés à partir d'une caractérisation et d'une modélisation complète sous chargements quasi-statiques bi-axiaux, en utilisant un type d’essai simple et industrialisable. Dans un premier temps, pour atteindre ces objectifs, un nouvel essai appelé Scarf modifié a été proposé, afin de caractériser le comportement mécanique du joint de colle, en minimisant les effets de bord par la présence de becs. La deuxième partie de la thèse porte sur le développement d'une stratégie de caractérisation simplifiée du comportement de joint de colle, sous certaines hypothèses (états de contraintes/déformations, continuité du champ de contraintes). Cette stratégie a permis d'obtenir le comportement intrinsèque de l’adhésif sous la forme de courbes contraintes/déformations. La dernière partie abordée dans ces travaux, s'intéresse quant à elle à l'identification et la sélection des moyens de métrologie les plus appropriés, pour accompagner la caractérisation expérimentale
Today, structural bonding presents an interesting alternative to conventional methods of assembly, in order to reduce the weight within aeronautical structures. However, the use of this method raises many questions in terms of design, characterization or modeling. This work presents a robust experimental work, aiming two main objectives: (i) select the most suitable instrumentation for the characterization of the behavior of bonded joints up to failure and (ii) predict the behavior of bonded joints from complete characterization and modeling under quasi-static bi-axial loading, using a simple test, directly integrated to industry. In a first stage, to achieve this goal, modified Scarf test has been proposed to characterize the mechanical behavior of adhesive joints. This type of specimen allows applying multiaxial loadings without having high-stress concentrations near the edges. The second part of the thesis deals with the development of a strategy for simplifying the characterization of a bonded joint using some hypotheses (stress/strain states). This strategy allows obtaining the intrinsic behavior of the adhesive in the form of the stress/strain curves. The last part of this work deals with the identification and selection of the most appropriate instrumentation systems in the experimental characterization