Academic literature on the topic 'Caractérisation des assemblages'

Le soudage ou le rivetage (ou bien encore le collage ou le boulonnage) sont des procédés d'assemblage très répandus dans l'industrie. L'automobile, l'aéronautique, les navires, etc. , sont autant d'applications qui font appel à cette technique. Si ces procédés offrent la possibilité de réaliser des structures de géométrie complexe, en revanche, la géométrie de l'assemblage est rarement celle escomptée. En effet, compte tenu des différentes variations, qu'elles soient liées à la géométrie ou au procédé utilisé, l'opération d'assemblage engendre des variations géométriques sur l'assemblage. Les nouveaux systèmes intégrés de C. F. A. O engendrent une demande croissante pour des outils de simulation qui sont capables de simuler le processus d'assemblage. En ce qui concerne les pièces souples, il n'existe pas de méthode de calcul d'aide au tolérancement et à la métrologie qui soit exhaustive et rapide. L'objectif visé dans ce travail est de proposer des outils de simulation pour effectuer des analyses fonctionnelles et des analyses statistiques d'assemblages hyperstatiques. Ce travail se divise en trois parties : au premier chapitre, un premier modèle analytique modélise les tolérances pour l'analyse probabiliste. Le chapitre 2 présente un deuxième modèle pour la mise en position relative de deux pièces non idéales. Ce modèle est ensuite appliqué à l'analyse des hyperstatismes des mécanismes. Le chapitre 3 décrit un outil d'analyse statistique de tolérances des assemblages hyperstatiques. Cet outil est issu des deux modèles exposés au chapitre 1 et au chapitre 2. Une analyse "pire des cas" est également présentée.

Dans le cadre d'un projet de recherche interne nommé JoSAT (Joint Stress Analysis Tool), Sogeti High Tech a développé depuis 2008 un outil de simulation simplifié d'analyse de joints collés. Cet outil permet d'obtenir à la fois la répartition des efforts internes dans chacun des substrats mais également la répartition des contraintes adhésives le long du recouvrement, tout en ayant l'avantage d'être beaucoup moins chronophage que la méthode des Éléments-Finis (EF). En 2011, cet outil a été étendu de sorte à supporter différents comportements adhésifs non-linéaires sous la forme de relations contrainte-déformation spécifiée par l'utilisateur. Cependant, le champs d'application de cette nouvelle théorie fut démontré comme limitée aux jonctions en simple recouvrement, et dans le cas de faible non-linéarité uniquement. Dans ce contexte, l'objectif de la thèse est double. Premièrement, étendre et valider l'outil d'analyse simplifiée aux cas de comportement non-linéaire adhésif mais également des substrats. Deuxièmement, proposer et développer de nouvelles méthodes visant à caractériser le comportement non-linéaire d'un film adhésif<br>In the frame of an internal research program called JoSAT (Joint Stress Analysis Tool), SogetiHigh Tech has suggested developing since 2008 a simplified tool for the stress analysis ofadhesively bonded joints. This tool allows for the distribution of both the internal forces anddisplacements in the adherends as well as the adhesive stresses along the overlap to beestimated from specified loads and boundary conditions, and has the advantage of beingextremely time saving compared to conventional Finite Element (FE) analyses.In 2011, this tool was extended to support adhesive material nonlinearities in the form ofspecified adhesive stress-strain evolution laws. However the theory developed wasdemonstrated as valid for the Single-Lap Joint (SLJ) configuration only, and limited to smalllevels of adhesive material nonlinearities. In this context, the objective of the thesis is double. First, extend and validate the simplified tool for the analysis of adhesively bonded joints in the case of nonlinear adhesive as well asadherends stress-strain constitutive behaviors. Then, suggest and develop experimentalprotocols for the characterization of the cohesive properties of thin adhesive layers so that thesimplified tool can be sustained with relevant experimental data in terms of adhesive stressstainconstitutive relationships

L’émergence des matériaux composites dans le domaine aéronautique a permis d’alléger considérablement les structures. Cependant l’adaptation du processus d’assemblage aux contraintes imposées par la présence de ces matériaux n’est pas encore complète. De nombreuses opérations considérées comme non-productives sont nécessaires pour garantir le respect des nouvelles exigences. Dans le cadre du projet européen LOCOMACHS, l’utilisation d’un outil de simulation d’assemblage est envisagée afin de limiter le recours à ces opérations. Ces travaux s’inscrivent dans le cadre de la validation, par la mesure, des modèles utilisés pour la simulation d’assemblage flexible. Une méthode d’évaluation de la géométrie d’un composant souple est mise en œuvre afin de compenser par simulation numérique les effets de l’environnement sur le composant lors de sa mesure. Une analyse de sensibilité de la méthode aux variations des différents paramètres de mesure et de simulation est réalisée afin de définir un cadre pour la mise en œuvre. Une analyse modale des écarts à une géométrie de référence contribue à la correction de certains paramètres du modèle utilisé pour réaliser la compensation par simulation. Cette géométrie de référence est obtenue par une méthode de retournement appliquée dans un contexte flexible, afin d'annuler certains effets de l'environnement sur la géométrie mesurée du composant. Le jeu entre les composants assemblés est la caractéristique géométrique prépondérante dans un assemblage de structure aéronautique composite. La simulation d’assemblage, à partir des mesures réalisées sur les composants souples, permet d’évaluer le jeu entre les composants avant leur assemblage. Des méthodes de mesure de jeu dans un assemblage de composants souples sont proposées, et leur mise en œuvre expérimentale est réalisée. La confrontation des jeux mesurés et simulés permet de souligner d’une part les performances de l’outil de simulation, et d’autre part les difficultés liées à la modélisation des environnements de mesure et d’assemblage réels<br>The emergence of composite materials in aeronautics leads to lighter structures. However, these new materials induce new constraints to the assembly process. The adaptation is not yet complete. Indeed many operations are necessary to respect the new requirements, but are considered as non-productive. In the context of the European project LOCOMACHS, an assembly simulation tool is developed to limit the use of these operations. This thesis relates to the validation, from the measure, of the models used for flexible assembly simulation. A method to evaluate the geometry of a flexible component is implemented. The method compensates, by simulation, the effects of the environment on the component during its measurement. A sensitivity analysis of the method against changes in various measurement parameters and simulation parameters is performed in order to define a framework for implementation. Parameters of the model used to perform the compensation by simulation are not representative of the actual behavior. A modal analysis of deviations to a chosen reference geometry contributes to the adjustment of these parameters. This reference geometry is obtained by a reversal method applied in a flexible context to cancel some of the effects of the environment on the measured geometry of the component. The gap between the assembled components is the geometric key characteristic in an assembly of aeronautical composite structure. The assembly simulation, from measuring data of flexible components, enables to evaluate the gap between the components prior to assembly. Gap measurement methods in an assembly of flexible components are proposed, and they have been experimentally performed. The comparison of measured and simulated gaps highlights the performance of the simulation tool, and the difficulties in modeling actual measurement environment and actual assembly environment

Cette thèse porte sur le développement d’un essai mécanique pour la caractérisation de l’adhérence d’une colle à un substrat. L’enjeu est d’étudier les différentes méthodes de la caractérisation de l’adhérence dans les assemblages collés et de pouvoir modéliser le comportement associé. La première partie de la thèse consiste en une étude bibliographique des essais mécaniques permettant de caractériser l’adhérence. Ceux-ci sont classés en distinguant les essais en propagation et ceux en initiation de rupture. Cet état de l’art fait ressortir l’intérêt de l’utilisation de l’essai de flexion 3 points et de butt joint pour cette étude. La seconde partie de la thèse présente les différents matériaux utilisés et les différents traitements de surface permettant de faire varier l’adhésion des adhésifs au substrat. La troisième partie présente le cœur de ces travaux de thèse qui est l’essai de flexion 3 points. L’étude montre que cet essai de flexion 3 points permet, avec les adhésifs de l’étude, d’initier systématiquement une rupture adhésive localisable à la surface du substrat. Une approche énergétique a permis de déterminer un critère d’adhérence indépendant des paramètres physiques des matériaux et des dimensions de l’éprouvette. D’autre part, il a été montré que plus l’épaisseur du substrat est fine, plus les résultats de mesure de l’adhérence sont précis. Enfin, une quatrième partie s’attèle à la modélisation numérique par la méthode des éléments finis. Les résultats obtenus montrent que la contrainte d’ouverture en mode I est celle qui initie la rupture. En conclusion, l’essai de flexion 3 points permet de mesurer l’énergie d’initiation de rupture adhésive<br>This thesis deals with the development of a mechanical test for the characterization of the practical adhesion of an adhesive to a substrate. The aim is to study the different methods of characterization of the adhesive strength in bonded joints and to model the associated behaviour. The first part of the thesis consists of a bibliographic study of the mechanical tests to characterize this adhesive strength. These tests are classified by distinguishing them in propagation or in initiation of rupture. This state of the art demonstrates the advantage of using the 3-point bending and the butt joint tests for this study. The second part of the thesis presents the different materials and the various surface treatments used to vary the adhesion of adhesives to the substrate. The third part presents the core of this thesis work which is the 3-point bending test. The study shows that this 3-point bending test leads systematically to initiate a localizable adhesive rupture on the surface of the substrate, at least for the adhesives used in our study. An energy approach of the test allows to determine an adhesion criterion independent of the physical parameters of the materials and dimensions of the specimen. On the other hand, it has been shown that the thinner the substrate, the more precise the results of the adhesive strength. Finally, a fourth part is devoted to numerical modelling by the finite element method. The results obtained show that opening constraint in mode I is that which controls the rupture. In conclusion, the 3-point bending test clearly allows to measure the energy of the adhesive rupture initiation

Le renouveau du bois dans la construction de bâtiments et ouvrages d'art conduit à développer des procédés permettant la réalisation de planchers et de dalles. Les avantages reconnus des propriétés de matériaux amènent naturellement à utiliser le béton pour constituer la semelle supérieure du plancher, en disposant le bois d'une façon identique aux éléments en acier des structures mixtes. Le transfert du procédé ne peut être effectué directement vers le composite bois-béton, compte tenu de la particularité de liaison entre le bois et le connecteur; la liaison connecteur-béton pouvant être considérée acquis si ces connecteurs sont métalliques. L'objet de cette recherche concerne l'étude du comportement de deux types de connecteurs à travers des essais de résistances. Il s'agit d'une proposition de connecteur du type goujon dont la base est une plaque dentée et d'un projet de connecteur tubulaire HILTI. Un dispositif spécial d'essais de cisaillement et d'arrachement a permis de réaliser des essais de plusieurs systèmes de fixation (clous, plaques dentées et vis) et de situer les résultats vis à vis de ceux proposés dans l'Eurocode 5. Après avoir retenu ces systèmes de liaison entre le bois et les connecteurs, les essais normalisés de poussés conçus selon Eurocode 4 ont été réalisés sur les deux types de connecteurs. Sur le plan théorique, deux modèles analytiques ont été développés pour prédire le comportement aux états de service et ultime de la liaison. Un modèle élastique basé sur une formulation exacte de la rigidité d'une poutre sur fondation élastique a été présenté. Pour l'analyse ultime, un modèle rupture modifié basé sur celui de Johansen a été proposé en considérant tous les modes de rupture possibles de l'ensemble connecteur-bois. Les essais ont confirmé ces modèles et fonctionnement global de connexion<br>Recent advances in modern construction have led to the systematic use of combined concrete slab and timber beams as a horizontal load bearing structural component, the latter playing an identical role as steel beams in a composite concrete steel floor. Unfortunately the well-established rules governing the design of shear connectors for structural composite concrete-steel floors cannot be applied directly to wood-concrete composite structural elements due to the nature of the bond that exists between wood and connecting elements. Thus the thesis was aimed at investigating the mechanical behavior of two types of shear connector using static tests. They consisted of a dowel-type connector with a metal base plate and a tubular connector. Using a shear test rig preliminary lateral and axial resistance of different nails, screws with and without disc springs as well as punched metal plates were investigated. These were compared with Eurocode 4 recommendations and the observations led to the design and testing of standardized pushout specimens for both connector types according to the provisions of Eurocode 4. Two predictive techniques were developed to account for the serviceability limit state as well as the ultimate resistance of the connectors. For the former, an elastic model was used to predict the load-deformation characteristics of the dowel through an exact stiffness formulation of a beam on elastic foundation. While the ultimate resistance was based on a modified Johansen yield model. Comparisons between the theoretical and experimental results were found to be in good agreement

Le mémoire présente les principaux résultats obtenus dans le domaine des matériaux et assemblages hétérogènes, au sein de trois laboratoires d'accueil. Ils sont regroupés en trois chapitres thématiques mettant en évidence les trois domaines de compétence développés en parallèle au cours de quatorze années de recherche. Dans le premier chapitre, les problématiques étudiées sont abordées du point de vu du procédé. La préoccupation est alors de comprendre comment chacun des paramètres procédé influe sur les caractéristiques des matériaux ou des liaisons, qui peuvent être de nature microstructurale ou mécanique. Le second chapitre se focalise sur les microstructures des matériaux et leurs évolutions, principalement au cours des procédés d'assemblage. Différentes techniques d'analyse sont mises en œuvre pour étudier les microstructures générées lors de l'élaboration du matériau ou de l'assemblage, en relation avec les conditions d'élaboration, pour mieux comprendre les transformations intervenant, éventuellement les prédire, et déduire les effets que ces transformations peuvent avoir sur les caractéristiques mécaniques. Enfin, dans le troisième chapitre, la caractérisation mécanique est la préoccupation majeure, et les effets de l'élaboration et de la microstructure ne sont soulignés que pour préciser leur relation avec les propriétés mécaniques des phases constitutives des matériaux et des assemblages, et des structures qu'ils vont constituer.

Cette etude est consacree d'une part au comportement en temperature de 40c a 85c d'assemblages colles smc/pu/aluminium et noryl gtx 964/ma/acier galvanise et d'autre part a leur vieillissement climatique. La tenue mecanique de ces assemblages a ete determinee experimentalement entre 40c et 85c. L'analyse des resultats a conduit a proceder a une analyse des contraintes par elements finis. Pour cela, il a fallu mesurer les proprietes mecaniques des adherents et des adhesifs a $$ = 10##4s##1 et a $$ = 10##2s##1 et leurs coefficients de dilatation. Il en ressort deux caracteristiques essentielles : - les modules d'young des adhesifs chutent de 2gpa en dessous de 10c a 10mpa des 50c. - les coefficients de dilatation des adherents sont #a#1 = 2#s#m#c = 23. 10##6c##1 et #n#o#r#y#l = 7#a#c#i#e#r = 100. 10##6c##1. Ainsi les mecanismes d'endommagement des assemblages sont de deux types : - par refroidissement en dessous de 0c, la rigidite des adhesifs et la difference des coefficients de dilatation engendrent des contraintes d'origine thermique. Ces contraintes sont proportionnelles a l'ecart de temperature et a la difference des coefficients. Elles peuvent etre a l'origine de la creation de microfissures dans les adhesifs. - lors d'un chauffage, les differences de dilatation entre les adherents sont absorbees par les adhesifs devenus souples. Par contre l'humidite combinee avec la chaleur pourra creer des degradations physico-chimiques dans les adhesifs, les adherents et aux interfaces. Au cours de cyclages thermiques, les microfissures creees a froid peuvent faciliter la diffusion de l'eau a haute temperature et accelerer la degradation des assemblages.

On a souvent recours à des assemblages métal-céramique pour des systèmes complexes couplant les propriétés, souvent opposées, des alliages métalliques et des céramiques. Les besoins industriels pour de hautes températures d'utilisation, en milieu corrosifs, restent toujours difficiles à satisfaire de façon fiable. Deux céramiques techniques industrielles ont été retenues pour cette étude : le carbure de silicium SiC et l'alumine Al2O3. Elles ont été assemblées à un superalliage de Nickel réfractaire (HAYNES™214®), selon le procédé de thermo-compression sous vide, par l'intermédiaire d'un joint métallique de faible épaisseur. La forte réactivité du SiC avec le nickel a conduit à rechercher une barrière de diffusion entre l'alliage et la céramique. Un joint d'argent ne formant aucun siliciure a permis d'éviter cette réactivité et a conduit ainsi à des tenues mécaniques en cisaillement significatives (45 MPa). Pour l'alumine (Al2O3), nous nous sommes orientés vers l'utilisation de joints de nickel, peu réactif avec cet oxyde. Cependant la différence de coefficient de dilatation thermique entre la céramique (Al2O3) et les métaux (Ni et HAYNES™214®) conduit à de fortes concentrations de contraintes résiduelles à l'interface. Une simulation par éléments finis, en utilisant le code ABAQUS, a permis de localiser le champ de contraintes résiduelles dans ce type d'assemblage. Une comparaison entre un calcul élasto-plastique et un calcul élasto-visco-plastique a été réalisée. La distribution des contraintes est sensible à l'épaisseur du joint de nickel ainsi qu'aux dimensions et formes respectives de l'alliage et de la céramique. Il a ainsi été montré que le calcul élasto-visco-plastique est indispensable pour caractériser la liaison Al2O3/Ni/HAYNES™214®, contrairement à des liaisons Al2O3/Ni/Al2O3 étudiées plus classiquement. De plus, les contraintes de tension dans la céramique sont beaucoup plus importantes pour l'assemblage alumine/alliage métallique que pour l'assemblage alumine/alumine. Ceci est retrouvé expérimentalement par les résultats de caractérisation mécanique (cisaillement, délamination) de ces deux types d'assemblage et par des mesures expérimentales de contraintes résiduelles par indentation et par diffraction des rayons X. La fragilisation de l'alumine près de l'interface est un phénomène connu dû essentiellement à la diffusion du métal de liaison et au frottement entre le joint métallique et l'alumine. Une corrélation entre la ténacité, l'intensité des contraintes résiduelles et le piégeage de charges électriques a été montrée. Enfin, l'étude de joints multicouches Cu-Ni-Cu a permis d'accommoder les contraintes et d'améliorer la résistance de l'assemblage Alumine/HAYNES™214®. De plus, la préoxydation des joints de cuivre côté alumine, reproduisant ainsi la méthode de l'eutectique, ouvre une voie quant à une utilisation des assemblages pour de hautes températures (> 1200 °C) et l'industrialisation du procédé pour de grandes séries.

L'utilisation des goujons collés dans les structures bois répond au souci de conservation du bâti et de discrétion de l'intervention. A ce jour, plusieurs procédés de caractérisation et de dimensionnement sont disponibles, sans pour autant donner un socle commun à l'évaluation de la résistance des assemblages collés. L'utilisation des goujons collés suscite des interrogations concernant leur tenue au feu. Bien que le matériau bois entourant les tiges de renforcement soit isolant, il est nécessaire de fournir de plus amples estimations concernant la tenue mécanique des polymères pour différentes températures que l'on pourrait trouver au sein d'une liaison au cours d'un incendie. La présente étude permet de coupler méthodes expérimentales et simulations numériques, afin d'appréhender les mécanismes gouvernant la rupture de ces assemblages. La caractérisation expérimentale permet d'estimer les propriétés mécaniques locales des assemblages suivant divers paramètres (les longueurs de scellement, l'orientation du fil du bois, l'essence de bois, ou encore la température d'exposition), ainsi que les propriétés intrinsèques aux matériaux constitutifs. Cette base de données expérimentale est indispensable pour l'ajustement du modèle aux éléments finis en élasticité linéaire. L'approche numérique met en évidence une présence importante de contraintes normales en tête de collage, avant l'apparition de contraintes de cisaillement. Les outils de la Mécanique Linéaire Élastique de la Rupture équivalente permettent d'établir des courbes de résistance liées à chaque mode de ruine (mode I et mode II). Enfin, afin de décrire précisément le processus complet de rupture de ces assemblages, un critère de rupture en mode mixte (mode I et mode II) est utilisé. Une formulation analytique permettant d'estimer la charge au pic est proposée et permettra la réalisation d'abaques de dimensionnement des assemblages par goujons collés, utilisables en bureau d'études.

L’objectif de ce travail est dans un premier temps d’élaborer des fleurs macromoléculaires et des polymères hyperbranchés par auto-assemblage et réticulation de copolymères triblocs associatifs en solvants sélectifs. Dans un second temps, il s’agit d’étudier les propriétés structurales et dynamiques de ces architectures par diffusion de la lumière et rhéologie en solution sur une gamme étendue de concentration. La première partie de ce travail a consisté à synthétiser les copolymères triblocs associatifs à base de polybutadiène (PB), et de poly(oxyde d’éthylène) (POE) en les modifiant aux extrémités avec des blocs solvophobes réticulables respectivement poly(acrylate de diméthylmaléimidoéthyle)(PMDIEA), et poly(acrylate de méthacryloyloxyéthyle)(PAME). La deuxième partie de ce travail a consisté en l’élaboration de micelles "fleurs" et de polymères hyperbranchés (HyperMac) par auto-assemblage dans l’eau du copolymère PAME7-b-POE270-b-PAME7, suivi d’une réticulation des cœurs afin de figer les structures. Il a été observé par diffusion de la lumière que la taille dépend de la concentration à laquelle le polymère a été réticulé. Les dynamiques locales ainsi que la compressibilité osmotique sont indépendantes de l'architecture (étoile, fleur ou HyperMac) à forte concentration. Il a également été observé une autosimilarité des structures obtenues quels que soient leurs types. Les mesures de rhéologie montrent une augmentation de la viscosité avec la taille et le degré de ramification des architectures. La dépendance en concentration de la viscosité des solutions de "fleurs" est identique à celle des solutions d'étoiles<br>The objective of this work is a first step to develop flower-like and hyperbranched polymers by selfassembling and crosslinking of associative triblock copolymers in selective solvents. The second aim is to study structural and dynamic properties of these architectures in solution by light scattering and rheology on a broad range of concentrations. The first part of this work consisted in synthesizing triblock copolymers based on polybutadiene (PB), and poly(ethylene oxide) (PEO) by end-capping them with crosslinkable solvophobic blocks; poly(dimethyl maleimido ethyl acrylate) (PDMIEA) and poly(methacryloyloxyethyl acrylate) (PMEA), respectively. The second part of this work consisted in elaborating flowers-like and hyperbranched polymers (HyperMac) by self-assembling the PAME7-b-PEO270-b-PAME7 copolymer in water, followed by crosslinking the micelles cores in order to freeze the structures. Light scattering revealed that the size of the objects depended on the concentration at which the polymers were crosslinked. Local dynamics and osmotic compressibility were independent of the architecture (star, flower or HyperMac) at high concentrations. In addition, a self-similarity of the structures was observed regardless their types. Rheology measurements showed an increase of viscosity with the size and the branching degree of the architectures. The concentration dependence of the viscosity was the same for star- and flower-like polymer in water