Dissertations / Theses: 'Composites à fibres – Matériaux – Fatigue'

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Coutand, Bernard. "Etude de la déformabilité à haute température de matériaux composites à matrice d'alliage léger renforcée par des fibres courtes." Bordeaux 1, 1991. http://www.theses.fr/1991BOR10508.

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Abstract:

Des materiaux composites a matrice d'aluminium as7g06 renforcee par des fibres courtes de carbure de silicium ont ete elabores par rheomoulage. La deformabilite a haute temperature de ces materiaux est etudiee en traction et compression. Les parametres consideres sont la fraction volumique de renfort, la temperature d'essai et la vitesse de deformation afin d'en deduire les caracteristiques de l'ecoulement viscoplastique: le coefficient de sensibilite de la contrainte d'ecoulement a la vitesse de deformation et l'energie d'activation apparente du phenomene. Les evolutions des caracteristiques mecaniques, la reorientation et l'endommagement du renfort ainsi que l'interaction chimique a l'interface fibre matrice ont ete analyses. L'ensemble de ces observations sont correlees de maniere a definir les conditions optimales de transformation de ce type de materiau et ameliorer notre connaissance de leur comportement mecanique

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Legrand, Nicolas. "Fatigue de composites à matrice métallique base titane à renfort unidirectionnel de fibres SiC." ENSMP, 1997. http://www.theses.fr/1997ENMP0844.

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Abstract:

Ce travail a essayé de comprendre l'origine physique de la rupture en fatigue à haute température des composites à matrice métallique SCS6/TA6V, SM1140+/Ti6242 et SCS6/Ti6242. Le comportement en fatigue du matériau a été étudié selon deux orientations : longitudinale (axe de chargement parallèle à l'axe des fibres) et transversale (axe de sollicitation perpendiculaire à l'axe des fibres). En fatigue longitudinale, effectuée à 450 et 550°C sur le SCS6/TA6V, trois processus majeurs d'endommagement ont été identifiés : le report de charge global de la matrice aux fibres lié à son adoucissement cyclique, la dégradation locale des interfaces au droit des ruptures de fibres et la dégradation des propriétés à rupture du renfort par l'environnement. Les cinétiques d'endommagement de ces différents mécanismes ont pu être évaluées grâce à des observations et à l'émission acoustique. Un modèle micromécanique, prenant en compte le comportement statistique des fibres, a alors permis de confirmer et de quantifier l'influence de ces trois mécanismes d'endommagement sur la rupture en fatigue de composite. Il a ainsi été montré qu'à des niveaux de sollicitation suffisamment élevés (contrainte supérieure à 1000MPa), la dégradation locale des interfaces au droit des ruptures de fibres peut conditionner à elle seule la durée de vie en fatigue du composite. Enfin, en se basant sur les résultats expérimentaux d'émission acoustique, le modèle a permis, au moins semi quantitativement, d'être prédictif en cinétique d'endommagement et en rupture
The primary objective of this work is to understand the physical origin of fatigue fracture at high temperature of metal matrix composites SCS6/Ti6-4, SM1140+/Ti6242 and SCS6/Ti6242. The fatigue behaviour of the material is studied in longitudinal (loading parallel to the fiber axis) and transverse (loading perpendicular to the fiber axis) orientations. In longitudinal fatigue, performed at 450 and 550°C on SCS6/Ti6-4 and SM1140+/Ti6242, three major damage mechanisms were identified : the global load transfer from matrix to fibers due to matrix cyclic softening (mechanism n°1), the local interfacial degradation close to broken (mechanim n°2) and the infuence of environment on mechanical fiber properties (mechanism n°3). Damage kinetics of these different mechanisms were identified experimentally using microscopic observations and acoustic emisson technic. A micromechanical modelling, taking into account of the statistical behaviour of fibers has confirmed and quantified influence of these mechanisms on fatigue fracture of the composite : with this model, it was demonstrated that for sufficiently high fatigue loadings (stress up to 1000 MPa), the local interfacial degradation near fiber failures may control fatigue life of the composite. At last, based on experimental acoustic emissions results, this modeling enables to predict both damage kinetics and rupture in fatigue. It is thus an interesting numerical tool to improve and optimize composite fatigue properties. As far as the transverse fatigue is concerned, it was determined in isothermal (at 600°C) and in non isothermal (between 200 and 600°C) conditions. In that orientation, damage mechanisms are due to interfacial debondings and slidings and oxidation of the carbon interface. A simple one dimensionnal "3 bars" model has been formulated (taking into account matrix viscoplasticity). It has demonstrated that cyclic viscoplasticity plays a key role in fatigue fracture along this orientation

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Hunault, Patrick. "Contribution à l'évaluation de l'endommagement par fatigue de composites unidirectionnels carbone-époxy." Toulouse, INPT, 1990. http://www.theses.fr/1990INPT022G.

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Abstract:

Deux familles de materiaux composites unidirectionnels carbone/epoxy, t 300 - 5208 et t 300 - 914 sont etudiees. A l'aide d'une machine de fatigue en flexion multipostes, concue et realisee pour etablir des criteres d'endommagement, on met en evidence des differences de comportement en fonction des conditions d'elaboration. La validite des criteres en cisaillement interlaminaire et en fatigue en flexion est assuree par traitement statistique des donnees.

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Goumghar, Amirouche. "Élaboration et étude des performances dynamiques de composite bio-sourcés à architecture hybride lin—verre." Electronic Thesis or Diss., Reims, 2023. http://www.theses.fr/2023REIMS002.

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Abstract:

L'utilisation des matériaux composites renforcés par des fibres végétales ne cesse de croitre dans divers secteurs tels que l'automobile et le packaging. Toutefois, le problème de leur sensibilité à l'humidité freine encore leur utilisation dans des applications exposées à des conditions environnementales extrêmes. Par conséquent, l'hybridation des fibres végétales avec des fibres synthétiques peut constituer une voie prometteuse pour améliorer certaines propriétés des composites à renfort végétal. C'est dans ce contexte que se situe le présent travail doctoral. Il présente une analyse expérimentale du comportement en fatigue par traction--traction et en fatigue par chocs à faible énergie de stratifiés non hybrides et hybrides lin-verre/époxyde. Une investigation de leur durabilité après un vieillissement hydrique jusqu'à la saturation est également présentée. À cette fin, plusieurs plaques des composites non hybrides et hybrides lin-verre/époxyde ont été élaborées par le procédé d'infusion sous vide. Dans un premier temps, nous avons réalisé une caractérisation en traction monotone des composites de l'étude et étudié la cinétique de diffusion de l'humidité au sein de ces matériaux. Les résultats de ces essais montrent que le remplacement de couches de lin par des couches de verre améliore nettement les propriétés mécaniques stratifié lin/époxyde et diminue également sa masse d'eau absorbée à saturation. Ensuite, des essais de fatigue cyclique ont été réalisés sur des éprouvettes composites non vieillies et vieillies. Ces essais de fatigue ont été couplés à la technique de l'émission acoustique afin d'identifier les mécanismes d'endommagement et leur chronologie d'apparition. Pour évaluer l'effet de la charge de fatigue sur la perte de rigidité, les boucles d'hystérésis et le facteur d'amortissement des composites non hybrides et hybrides ont été étudiées. L'analyse des signaux acoustique permet d'identifier trois classes de signaux acoustiques dans tous les composites étudiés. Ces trois classes sont attribuées aux principaux mécanismes d'endommagement comme la fissuration matricielle, la décohésion fibre--matrice et la rupture des fibres. Cette attribution est consolidée par des observations microscopiques obtenues à l'aide d'un microscope électronique à balayage. Enfin, des essais de fatigue par chocs à faible énergie ont été réalisés sur des échantillons composites non vieillis et vieillis. Les résultats obtenus montrent clairement que le composite lin/époxyde absorbe une grande partie de l'énergie d'impact en déformation élastique. Cependant, le stratifié verre/époxyde consomme cette énergie en endommagement et rupture. De plus, le vieillissement hydrique fragilise tous les composites étudiés et diminue leur résistance à la fatigue par chocs
The use of natural fibre-reinforced composite materials is growing in various sectors such as automotive and packaging. However, the problem of their sensitivity to humidity still hinders their use in applications exposed to extreme environmental conditions. Therefore, the hybridization of natural fibres with synthetic fibres can constitute a promising way to improve some properties of natural fibre-reinforced composites. It is in this context that the present doctoral work is situated. It presents an experimental analysis of the tensile-tensile fatigue and low-energy impact fatigue behaviour of non-hybrid and hybrid flax-glass/epoxy laminates. An investigation of their durability after water aging until saturation is also presented. To this end, several plates of non-hybrid and hybrid flax-glass/epoxy composites have been fabricated by the vacuum infusion process. First, we carried out a monotonic tensile characterization of the studied composites and evaluated the kinetics of moisture diffusion within these materials. The results of these tests show that the addition of glass layers to the flax/epoxy laminate improves its mechanical properties and also reduces its mass of water absorbed at saturation. Then, cyclic fatigue tests were performed on unaged and aged composite specimens. These fatigue tests were coupled with the acoustic emission technique in order to identify the damage mechanisms and their chronology of appearance. To evaluate the effect of fatigue loading on the loss of stiffness, hysteresis loops and the damping factor of non-hybrid and hybrid composites were investigated. The analysis of the acoustic signals makes it possible to identify three classes of acoustic signals in all the studied composites. These three classes are attributed to the main damage mechanisms such as matrix cracking, fibre/matrix decohesion and fibre breakage. This attribution is supported by microscopic observations obtained using a scanning electron microscope. Finally, low-energy impact fatigue tests were performed on unaged and aged composite samples. The obtained results clearly show that the flax/epoxy composite absorbs a large part of the impact energy and transforms it into elastic energy. However, the glass/epoxy laminate consumes this energy in damage and breakage. In addition, water aging weakens all the studied composites and reduces their resistance to impact fatigue

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Al-Maghribi, Abir. "Comportement des matériaux composites à fibres courtes : applications à l'impact basse vitesse." Toulouse 3, 2008. http://thesesups.ups-tlse.fr/337/.

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Abstract:

L'objectif de cette étude est de modéliser le comportement d'un matériau composite à fibres courtes soumis à des impacts basses vitesses. Le matériau étudié est un matériau composite préimprégné SMC " Sheet Molding Compound ", composé de résine polyester, de fibres courtes de verre E et charge minérales. Une première partie de l'étude rappel les lois élastoplastiques endommageables de ce type de matériau. Ces lois ont été implantées dans un code de calcul explicite par éléments finis (LS_DYNA et EUROPLEXUS). Des essais de caractérisations des SMC-R sous diverses sollicitations ont été réalisés afin de mettre en place de nouvelles lois de comportement. Les sollicitations sont de types traction simple, traction cyclique Pure, compression pure, compression cyclique pure, couplage de traction-compression, cisaillement simple, cisaillement cyclique, couplage cisaillement -traction et compression dynamique. Une première approche des effets de vitesse de déformation sur le comportement sont mis en place. Les essais ont permit de déterminer les lois d'endommagement et de plasticité afin de les implémenter dans un code de calculs par éléments finis. Les lois obtenues étant nécessaires à l'étude de l'impact. La deuxième partie de l'étude présente l'analyse expérimentale de l'impact. Les impacts ont été réalisés à l'aide d'une machine d'impact à masse tombante pour différentes énergies (4, 8, 12, 16 J). Les défauts après impacts sont contrôlés par RX, ressuage, et analyse microscopique afin d'analyser et quantifier les défauts créés pendant les impacts. Ces analyses ont montré un défaut après l'impact du type tronconique dans l'épaisseur des plaques. Enfin, une comparaison est fait entre les résultats obtenus expérimentalement et ceux obtenues à partir de la simulation numérique explicite. La comparaison des résultats expérimentaux et numériques a montré que les simulations numériques de l'impact sont en bon accord avec les résultats expérimentaux autant en termes de comportement global (effort et déplacement) qu'en termes de tailles des défauts relevés après impacts
The objective of this work is to investigate the behaviour of a short fiber composite material subjected to low speed impacts. The studied material is a SMC composite material realized by compressive moulding. A first part of the study gives elastoplastic with damage behaviour of this type of material. These laws were coded into the user defined material subroutine of (LS-DYNA3D and EUROPLEXUS). Characterizations tests of the SMC-R were realized in order to identify non linear behaviour. The tests realized are tensile test, compressive test, shearing test and dynamic compressive test. The tests have allowed us to identify damage behaviour. The obtained behaviour is necessary for the study of impact. The second part of the study presents the experimental analysis of the impact. The impacts were realized for various energies (4, 8, 12, 16 J). The defects after impact tests are controlled by RX testing, US control, and microscopic observation, in the aim to analyze and quantify the defects create during the impacts. These analyses showed a conical defect in the thickness of plates. Finally a comparison is made between the results obtained experimentally and those obtained from an explicit numerical simulation. This comparison shows that the numerical simulations of impact behaviour are in good agreement with the experimental results. The results globally show a global correlation for the load-displacement behaviour and a local correlation for the defect size

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Dalmaz, Anne. "Etude du comportement en fatigue cyclique a hautes températures du composite tisse fibre de carbone/matrice carbure de silicium 2,5D C/SiC." Lyon, INSA, 1997. http://www.theses.fr/1997ISAL0085.

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Abstract:

L'étude porte sur un composite multicouches à fibres de carbone/matrice carbure de silicium 2,5D C/SiC élaboré par la Société Européenne de Propulsion. Ce composite étant utilisé dans le domaine aérospatial pour réaliser des structures à chaud travaillant dans un environnement sévère (hautes températures, fortes sollicitations mécaniques, atmosphère plus ou moins oxydante), il apparaît primordial d'étudier son comportement intrinsèque en fatigue cyclique à hautes températures. La finalité de notre étude est alors de prec1ser les mécanismes d'endommagement du composite 2 5D C/S iC à l’origine des propriétés mécaniques en fatigue cyclique sous atmosphère inerte et à différentes températures (de 20 °C à 1500 °C). Une modélisation par éléments finis permet d'expliquer l'origine du réseau de fissures développé au cours des sollicitations aux différentes températures. Une nouvelle approche de modélisation des modules d’élasticités de composites tissés céramique/céramique a été faite par la méthode d’homogénéisation. Elle a permis entre autre de donner des informations supplémentaires pour améliorer la description des séquences d’endommagement au cours de la fatigue cyclique. L’évolution du comportement mécanique en fonction de la température s'articule autour de la température d'élaboration (environ 1000 °C) du composite. Pour des températures inférieures à 1000 °C, le comportement mécanique est contrôlé par l'évolution des contraintes thermiques résiduelles et de la fermeture des fissures. Le composite présente alors un comportement mécanique d'autant meilleur (résistance mécanique durée de vie, rigidité) que la température est élevée. Par ailleurs, le raidissement observé à hautes températures au cours du cyclage mécanique résulte de la fermeture des fissures par des mouvements localisés de la structure. Pour des températures supérieures à 1000 °C, le comportement mécanique est contrôlé par des mécanismes dépendant du temps encore mal connus
This study investigates the mechanical behavior of a 2. 5D woven multi-layered carbon fiber composite with a silicon carbide matrix, manufactured by the SEP. This material is used in the aerospace industry for the manufacture of parts operating under extreme conditions (very high temperature, high loading stress and a strongly oxidizing atmosphere). It is, therefore, essential to establish it is mechanical behavior under cyclic loading at elevated temperature. The aim of this study is therefore to define the damage mechanism of the 2. 5D C/SiC composite controlling the mechanical behavior of the material subjected to cyclic loading over a range of temperatures, under an inert atmosphere. A finite element model was developed to explain the crack networks operating during loading at various temperatures. A new technique, based on the method of homogenization, was established to model the Young's modulus of composite ceramic/ceramic weaves. This technique was employed, along with our other results, to improve the understanding of the damage sequence during cyclic fatigue. The evaluation of the mechanical behavior of the composite with increasing temperature was found to change significantly at the manufacturing temperature of the composite (1000°C). For temperatures below 1000°C, the mechanical behavior is controlled by the residual thermal stresses and crack closing behavior. The composite shows improved toughness, modulus, and cycles to failure, as the temperature increases. The increase in modulus observed during cyclic loading at elevated temperature results from crack closing caused by localized deformation of the material. For temperatures above 1000°C the mechanical behavior is controlled by temperature dependent mechanisms, as yet, not well understood

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Nouri, Hedi. "Modélisation et identification de lois de comportement avec endommagement en fatigue polycyclique de matériaux composites à matrice thermoplastique." Paris, ENSAM, 2008. http://www.theses.fr/2008ENAMA015.

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Abstract:

Les matériaux composites thermoplastiques constituent une solution technologique de premier ordre pour la fabrication de pièces et de composants fonctionnels ou de structure notamment pour l’industrie automobile. Le travail abordé dans le cadre de cette thèse constitue une contribution à la compréhension et à la modélisation de la cinétique d’endommagement dans les thermoplastiques renforcés par des fibres de verre courtes (PA6‐GF30) et longues (PP‐GFL40) sous chargement cyclique. Il a permis de développer et d’identifier un modèle d’endommagement en fatigue intégrant la cinétique de dégradation spécifique aux thermoplastiques renforcés. Deux approches complémentaires ont été développées dans de cette étude. La première est une approche expérimentale dédiée à la caractérisation de l’endommagement dans les matériaux étudiés en tenant compte de l’effet du procédé de moulage par injection sur le comportement élastique endommageable. Les résultats de l’approche expérimentale ont alimenté les bases théoriques de la deuxième approche proposant une formulation d’un modèle phénoménologique d’endommagement en fatigue. Le modèle intègre les trois phases d’endommagement des composites thermoplastiques traduites phénoménologiquement par une cinétique d’évolution de cinq variables d’endommagement. Deux stratégies d’identification inverse ont été développées pour la détermination des paramètres du modèle d’endommagement. La première stratégie exploite la perte de modules mesurée lors des essais de fatigue en configuration homogène. La deuxième stratégie exploite les essais de fatigue en configuration hétérogène. Celle‐ci a été optimisée afin de générer une évolution spatio‐temporelle des déformations. Les paramètres d’endommagement sont identifiés par minimisation d’une fonction objectif construite sur la base des champs de déformations hétérogènes et des efforts à la frontière. Les essais de fatigue réalisés à différents niveaux de déplacements imposés ont permis de valider expérimentalement le modèle d’endommagement développé. Les potentialités prédictives du modèle ont été également démontrées à travers la simulation de l’évolution de l’endommagement sous chargement cyclique à amplitudes variables ou dans le cas d’un chargement cyclique biaxial combiné ou séquentiel. Ce dernier aspect permis de démontrer la capacité du modèle à prédire l’effet du trajet de chargement multiaxial sur l’évolution de l’endommagement en fatigue dans les thermoplastiques renforcés
The present work is a contribution to the phenomenological modelling of fatigue non-linear cumulative diffuse damage in short glass fibre reinforced thermoplastic matrix composites. In such materials, fatigue damage kinetic exhibits three stages, namely: i) material softening and damage initiation, ii) coalescence and propagation of micro-cracks, iii) macroscopic cracks propagation and material failure. The proposed model is built in the framework of the continuum damage mechanics and aims at predicting these three stages of the damage evolution. It extends the previous approach and takes into account the important stiffness reduction observed during the first damage stage. The above is modelled by the integration of a combined Norton-like power law and an exponential law expressing the damage rates as a function of the associated thermodynamic dual forces. The model has been formulated in terms of strain energy, so that makes easy its numerical implementation into the finite element code Abaqus/Standard through a user defined material subroutine UMAT. Damage evolutions predicted by the developed model reproduce well those observed for this kind of composites under cyclic loading. Two identification strategies are developed. The first identification strategy based on homogeneous tensile fatigue tests performed in the longitudinal and transversal directions of a PA6-GF30 and a PP-GFL40. A second identification strategy based on the use of optical whole-field displacement/strain measurements by digital image correlation coupled to an inverse method from one single coupon

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Duboquet, Emilie. "Vers une approche locale du phénomène de fatigue mécanique. Application aux matériaux et aux structures en composites à fibres continues." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2018. http://www.theses.fr/2018UBFCK021/document.

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Abstract:

Le concept de fatigue mécanique au sens originel fait référence au niveau structural et opère donc sur les structures, c'est-à-dire dans le cadre de la Mécanique de la Rupture. Les modèles construits doivent donc réaliser leur identification sur une structure : changer la structure, change donc le modèle et donc l'identification du modèle. L'emploi d'une Mécanique qui traite toujours les problèmes d'endommagement mais dans un cadre plus local est donc forcément judicieux : la Mécanique de l'Endommagement est une bonne candidate. Les modèles de comportements endommageables construits dans ce cadre ne nécessitent qu'une unique identification à l'échelle du VER et sont utilisables dans n'importe quelle géométrie structurale. Cette voie a été évidemment prise depuis longtemps. Toutefois, on y rencontre souvent des incohérences. Par exemple, le compteur de cycles de la sollicitation appliquée à la structure se retrouve gouverner la loi d'évolution des phénomènes d'endommagement au niveau local. Pourtant, il n'y a aucune raison objective qui puisse justifier cela sans précaution, et c'est parfois parfaitement faux. Il s'agit dans cette étude de faire rentrer rigoureusement le concept de fatigue mécanique dans le cadre local de la Mécanique de l'Endommagement et de réaliser une approche locale de la fatigue. Le but ultime est de réaliser des calculs de structure sous sollicitations de fatigue avec la même exigence de validité que des calculs de structure sous sollicitations quasi-statiques.En tout premier lieu, la mise en évidence des carences de l'existant démontre qu'à l'heure actuelle rien ne permet de réaliser un calcul de structure en fatigue, utilisant la Mécanique de l'Endommagement, dans des conditions parfaitement satisfaisantes.C'est la raison pour laquelle, en second lieu, la notion de problème de fatigue est formalisée Cette formalisation est à la base d'un cadre que l'on estime propice à l'écriture d'une approche locale de la fatigue.Le souhait délibéré de ne pas construire des lois de fatigue incrémentales mais des lois gouvernées par un compteur de sollicitations et surtout déduites de lois d'évolution écrites en quasi-statique, oblige à des règles de linéarisation, puis à l'énoncé précis d'une démarche.En utilisant des cas particuliers de problèmes de fatigue et en appliquant la démarche énoncée, l'écriture rigoureuse et l'identification d'un modèle d'endommagement en fatigue pour le phénomène de fissuration intralaminaire présent dans les composites à fibres continues est réalisée. Les lois locales de fatigue écrites sont mises en place dans un processus de calcul de structure sous sollicitation de fatigue. On constate, pour ces cas particulier de matériaux et de phénomène d'endommagement, qu'avec la démarche mise en place, la résolution des problèmes de calcul de structure en fatigue peut être réalisée avec la même aisance que la résolution des problèmes de calcul de structure sous sollicitations quasi-statiques.Ce travail pose des bases très générales pour une approche nouvelle de la fatigue des structures. Il clarifie le concept de fatigue en le faisant rentrer dans un cadre très structurédans le but de mener à bien une approche locale de la fatigue, en vue d'une utilisation dans des calculs de structure en fatigue. Il a été utilisé avec succès dans une configuration particulière. Pourtant, pour l'heure, il est difficile de dire s'il va permettre une approche locale de la fatigue pour tous les phénomènes, tous les matériaux et pour les cas les plus généraux de sollicitations. Cette étude n'a pas pour ambition d'amener une réponse à tous ces cas mais d'être une voie ouverte à la résolution d'autres cas, voire à une généralisation sans condition, d'une approche locale de la fatigue
The original concept of mechanical fatigue was linked to the failure of structures and was treated at first within the framework of Fracture Mechanics. Models developed to explain this phenomenon must therefore be able to be applied to structures: changing the structure means changes to the model and its identification. It is therefore judicious to develop models capable of treating both the damage processes and also able to be used within a local framework: to this end a method based on Damage Mechanics seems appropriate. This approach has long been employed and requires only the identification of damage processes at the level of the RVE (Representative Volume Element) to be used for any structural geometry. However incoherencies can be encountered such as when the number of load cycles applied to the macroscopic structure does not reflect the internal loading kinetics, leading, for example to effects due to the frequency of loading. This can be found to influence the laws governing the evolution of damage phenomena at the local level, leading to wrong conclusions. Nevertheless this is not inevitable if precautions are taken. This goal of this study has been to introduce rigorous concepts of mechanical fatigue in the local framework of Damage Mechanics and to carry out a local approach to fatigue. The ultimate aim has been to be able to carry out calculations on structures subjected to fatigue loading with the same degree of finesse as under quasi-static conditions.An initial step has been to reveal the shortcomings of existing models and show that at present no model of a structure subjected to fatigue using Damage Mechanics is perfectly satisfactory.As a result the notion of the fatigue problem has been formulated and used as a base for defining a suitable framework for developing a local approach to fatigue.A deliberate goal has been to avoid constructing incremental fatigue laws but to introduce the real effects of loading cycles deduced from the evolution of behavioural laws obtained in quasi-static tests, requiring rules of linearization and a clear definition of the adopted approach.Benefiting from specific problems involving fatigue damage and applying them to this approach, a rigorous description of the phenomena and the identification of a fatigue damage model applied to intra-laminar cracking has been developed. The laws governing the local approach have been described for the case of a structure subjected to fatigue. It has been shown that for a given case of a material and damage processes the proposed approach applied to a structure subjected to fatigue loading can be modelled with the same ease as resolving the effects of quasi-static loading.This study has created very general foundations for a new approach to understanding the fatigue of structures. It clarifies the fatigue concept by defining it within a tightly defined framework with the goal of formulating a local approach to fatigue applied to the calculation of structures subjected to fatigue loading. It has been successfully used for a particular configuration. However for the present it is difficult to assert that it can be used as a local approach for all fatigue phenomena, in all materials and for the most general types of loading. The study has not had the ambition of providing a solution to all these cases but rather to open a new approach to resolve other cases and possibly to provide a guideline to achieving a truly local approach to a general solution of the fatigue of structures

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Pires, Isabelle. "Vieillissement dans l'antigel de matériaux composites polyamide-6,6 renforcé par des fibres de verre courtes." Montpellier 2, 2000. http://www.theses.fr/2000MON20124.

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Despringre, Nicolas. "Analyse et modélisation des mécanismes d'endommagement et de déformation en fatigue multiaxiale de matériaux composites : polyamide renforcé par des fibres courtes." Thesis, Paris, ENSAM, 2015. http://www.theses.fr/2015ENAM0058/document.

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Abstract:

Le présent travail de thèse se consacre au développement d'un nouveau modèle micromécanique pour les composites en thermoplastique renforcé par des fibres de verre courtes. L'objectif est notamment la modélisation du comportement visco-endommageable en fatigue du PA66-GF30. Ce matériau, particulièrement utilisé dans l'industrie automobile, est sujet à une microstructure spécifique issue du procédé de moulage par injection. L'approche multi-échelles développée consiste en une méthode de Mori-Tanaka modifiée, appliquée à des renforts avec enrobage et prenant en compte l'évolution de l'endommagement à l'échelle microscopique. La description des mécanismes d'endommagement se base sur une investigation expérimentale poussée préalablement menée au sein de l'équipe. Des scénarios d'endommagement ont été proposés et incluent trois processus locaux différents : la décohésion de l'interface, la microfissuration de la matrice et les ruptures de fibres. Ceux-ci sont spécialement affectés par la microstructure. L'approche développée intègre ces cinétiques d'endommagement ainsi que la viscoélasticité non-linéaire de la matrice et la distribution d'orientation des inclusions due au procédé de fabrication. Chaque mécanisme d'endommagement est modélisé par une loi d'évolution basée sur les contraintes locales calculées à l'échelle microscopique. La loi constitutive finale, à l'échelle du volume élémentaire représentatif, est implémentée dans une bibliothèque scientifique en C++, SMART+, et est conçue pour être compatible avec une analyse de structures par éléments finis. L'identification du modèle est réalisée par rétro-ingénierie, en tirant profit de résultats expérimentaux multi-échelles, dont notamment des tests in-situ au MEB ainsi qu'une analyse qualitative et quantitative par μCT
The current work focuses on a new micromechanical high cycle fatigue visco-damage model for short glass fiber reinforced thermoplastic composites, namely: PA66/GF30. This material, extensively used for automotive applications, has a specific microstructure which is induced by the injection process. The multi-scale developed approach is a modified Mori-Tanaka method that includes coated reinforcements and the evolution of micro-scale damage processes. Their description is based on the experimental investigations of damage mechanisms previously performed by the team. Damage chronologies have been proposed involving three different local degradation processes: fiber-matrix interface debonding/coating degradation, matrix microcracking and fiber breakage. Their occurrence strongly depends on the microstructure. The developed model integrates these damage kinetics and accounts for the complex matrix viscoelasticity and the reinforcement orientation distributions induced by the process. Each damage mechanism is introduced through an evolution law involving local stress fields computed at the microscale. The developed constitutive law at the representative volume element scale is implemented into a C++ scientific library, SMART+, and is designed to work with Finite Element Methods. The model identification is performed via reverse engineering, taking advantage of the multiscale experimental results: in-situ SEM tests as well as quantitative and qualitative μCT investigations

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Gilmore, Richard. "La friction des composites carbone-carbone : étude des mécanismes contrôlant le comportement tribologique des matériaux carbonés dans les freins d'avion." Mulhouse, 1994. http://www.theses.fr/1994MULH0330.

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Abstract:

Les composites carbone-carbone constituent depuis une vingtaine d'années le matériau de friction standard pour les freins aéronautiques, et leur utilisation dans les applications de freinage haute performance tend à se généraliser. Cependant, si leur comportement tribologique est tout à fait satisfaisant lors de freinages intenses, il est moins satisfaisant lors de sollicitations faibles, associées à des températures inférieures à 400°C, et se traduit par une usure élevée et des instabilités de frottement. Le but de ce travail a été d'examiner ces comportements à l'aide d'un tribomètre pion - disque et en particulier de mettre en évidence le rôle de l'adsorption et de la chimie superficielle. Une première partie de l'étude, consacrée à la détermination des paramètres physiques contrôlant la transition entre des régimes de frottement faible et élevé, a permis de mettre en évidence l'existence d'une température critique voisine de 200°C, ainsi que l'existence de régions de frottement instable. Une deuxième partie a permis de préciser les divers paramètres pouvant déclencher un pic de frottement transitoire et d'établir une liaison entre usure et instabilité. Enfin, l'analyse de la chimie superficielle formée après frottement par analyse XPS et par thermodésorption programmée a révélé que les quantités relatives des diverses fonctions oxygénées en surface dépendaient de la température de formation et que l'intensité des interactions adhésives, essentiellement contrôlée par la proportion des fonctions à caractères acide ou basique, pouvait passer par un maximum vers 200°C

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Ben, Toumi Rim. "Endommagement par fatigue et durée de vie de structures en matériaux composites à fibres continues pour application liaison au sol." Thesis, Paris, ENMP, 2015. http://www.theses.fr/2015ENMP0064.

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Abstract:

L'allègement des véhicules est un enjeu majeur de l'industrie automobile pour participer, avec l'évolution des motorisations, à la maîtrise des consommations énergétiques et la réduction des émissions de gaz à effet de serre. Dans ce travail, nous nous intéressons à l'introduction des matériaux composites dans les pièces de structure et particulièrement dans le périmètre de la liaison au sol composé d'organes de sécurité active, sujets au phénomène de fatigue multi axiale à grand nombre de cycles.Les matériaux composites présentent une solution séduisante en raison de leurs propriétés mécaniques intéressantes combinées à une faible densité. Toutefois, la fatigue des matériaux composites reste un sujet complexe relativement peu abordé. C'est dans ce cadre que s'inscrit cette thèse qui vise à mettre en place une méthodologie de dimensionnement des composants automobiles de structure, à partir d'un composite tissé verre/époxy. Cette méthodologie s'attache à être facile d'utilisation et adaptable au calcul de structure pour être applicable en Bureau d'Études. La première étape de cette étude est la caractérisation de la tenue en service du matériau sous chargements monotones et cycliques et l'identification des cinétiques d'endommagement. Au vu des résultats expérimentaux obtenus et à partir des approches de dimensionnement existantes, un critère de fatigue multi axiale est proposé. Ensuite, une optimisation du protocole d'identification des paramètres est effectuée afin de réduire au minimum le volume des campagnes d'essais. Enfin, le critère mis en place pour évaluer la durée de vie en fatigue du matériau composite tissé est validé sur des éprouvettes trouées et sur le train avant à lame composite
The reduction of fuel consumption and greenhouse gas emissions is one of the most important challenges facing the automotive industry. An efficient strategy to meet these targets is by reducing the weight of vehicle. In this work, we are interested in introducing composite materials in automotive structural parts and especially in suspensions which are subjected in service to high-cycle fatigue loadings. Therefore, a good prediction of fatigue life is required. As continuous fibre-reinforced composites provide good mechanical properties combined with a low density, they have been increasingly used in many lightweight structures. However, the fatigue behaviour of composites has not been widely investigated. This work aims at developing an approach to predict the lifetime in service of structural automotive components, made with woven glass / epoxy composite. This approach has to be easy to use by design engineers at the scale of the structure. The first step is the characterization of the material. Then, the processes involved in degradation of the composite subjected to both monotonic and cyclic loadings were identified.Given the experimental results and the existing approaches, a multiaxial fatigue criterion is proposed. An optimization of the identification protocol is also performed to reduce the quantity of needed experimental data. Finally, the fatigue life prediction model criterion is validated by tests on notched coupons and on composite vehicle's suspension

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Muller, Laura. "Estimation accélérée des performances en fatigue de matériaux et structures composites thermoplastiques par le suivi de leur auto-échauffement." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2019. http://www.theses.fr/2019ECDN0035/document.

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Abstract:

Cette thèse s’inscrit dans le domaine de la fatigue des matériaux composites. Elle consiste à estimer les performances en fatigue d’un matériau composite thermoplastique tissé, en fibres de carbone et matrice PA66, par des essais d’auto-échauffement. Suite à une caractérisation de l’endommagement du matériau sous chargement monotone par un suivi acoustique, thermique et optique, une campagne d’essais de fatigue est réalisée sur deux configurations du matériau, à 0° et à 45°. Plusieurs méthodes de modélisation de la courbe S-N sont proposées, afin de déterminer la limite de fatigue du matériau. Il est montré que l’estimation de cette limite et de son intervalle de confiance est rendue difficile par la forte dispersion des données expérimentales. Des essais d’auto-échauffement sont alors réalisés, consistant à appliquer un chargement de fatigue sur un nombre de cycles limité, en incrémentant la contrainte maximale appliquée palier après palier. Des outils de traitement du signal sont développés afin de déterminer une contrainte seuil et son intervalle de confiance à partir de laquelle l’échauffement s’accélère. Cependant, cette contrainte seuil reste conservative par rapport à la limite de fatigue.Une autre approche est alors développée, consistant à suivre les amplitudes du signal thermique. De nouveaux outils de traitement du signal sont développés, dans le but de réaliser des cartographies de l’éprouvette à partir des amplitudes des harmoniques. Il est alors montré qu’il est possible d’obtenir les mêmes courbes que les courbes d’auto-échauffement en réalisant un suivi des amplitudes des harmoniques, et ce pour une centaine de cycles seulement. Un nouveau protocole d’essai d’auto-échauffement est alors mis en place, fondé sur une centaine de paliers de quelques centaines de cycles seulement, permettant d’aboutir à un suivi des harmoniques avec des courbes finales quasi-continues en un minimum de temps
This thesis is part of the study on the fatigue of composite materials. It consists in estimating the fatigue performance of a thermoplastic composite woven material, made of carbon fibres and PA66 matrix, by self-heating tests. Following a characterization of the damage to the material under monotonous loading by acoustic, thermal and optical monitoring, a fatigue test campaign is carried out on two material configurations, at 0° and 45°. Several methods for modelling the S-N curve are proposed to determine the fatigue limit of the material. It is shown that the estimation of this limit and its confidence interval is complicated by the large dispersion of experimental data. Self-heating tests are then carried out, consisting of applying a fatigue load over a limited number of cycles, increasing the maximum stress applied step by step. Signal processing tools are developed to determine a threshold stress and its confidence interval at which the heating accelerates. However, this threshold stress remains conservative in comparison to the fatigue limit. Another approach is then developed, consisting in monitoring the amplitudes of the thermal signal. New signal processing tools are being developed to map the specimen from the harmonic amplitudes. It is then shown that it is possible to obtain the same curves as the selfheating curves by monitoring the amplitudes of the harmonics, and this for only a hundred cycles. A new self-heating test protocol is then implemented, based on a hundred steps of only a few hundred cycles, allowing harmonics to be monitored with almost continuous final curves in a minimum of time

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Vauthier, Emmanuelle. "Durabilité et vieillissement hygrothermique de composites verre-expoxy soumis à des sollicitations de fatigue." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1996. http://www.theses.fr/1996ECDL0043.

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Abstract:

Les interactions entre le vieillissement hygrothermique et la fatigue en flexion de composites unidirectionnels verre e/epoxy (dgeba-dda) sont abordees sous deux approches complementaires: une analyse physico-chimique des mecanismes de sorption d'eau, afin de preciser un protocole de vieillissement accelere representatif des conditions de vieillissement naturelles, une analyse des mecanismes d'endommagement en fatigue dynamique, effectuee soit sur les materiaux vierges sollicites dans diverses conditions d'hygrometrie et de temperature, soit sur les materiaux prealablement satures en humidite, puis fatigues a temperature ambiante. Dans le premier cas, il s'agit d'etudier les interactions locales entre la diffusion d'humidite en front de fissure et les processus de propagation de l'endommagement. Dans le deuxieme cas, il s'agit d'apprecier les effets lies a la creation hygrothermique d'un endommagement par diffusion d'eau au sein du materiau. Les resultats sont interpretes en considerant d'une part les pertes de tenue thermomecanique de la matrice plastifiee par l'eau, et d'autre part, la diminution des caracteristiques a rupture des fibres de verre due a leur foret hydrophilie. Au moyen d'une observation microscopique in-situ des faces en traction des eprouvettes, nous nous sommes attaches a identifier la contribution des pertes de proprietes du renfort a la diminution globale des durees de vie en fatigue apres vieillissement. Ces aspects sont importants a considerer, car les cartographies des fibres rompues, realisees apres sollicitation dynamique, montrent clairement que l'apparition d'une fissuration macroscopique resulte d'une accumulation de ces premiers defauts. Les diminutions des durees de vie en fatigue, relevees a temperature ambiante, sont les plus notables dans le cas du vieillissement en immersion par rapport au vieillissement en humidite relative (naturel ou accelere). La severite du vieillissement en immersion peut etre reliee a la lixiviation d'une fraction residuelle du durcisseur dda hydrosolubl, dont l'hydrolyse conduit effectivement a la creation d'un environnement basique (ph = 9-10) fortement prejudiciable a la tenue mecanique des fibres de verre. Cette etude permet donc d'identifier la contribution specifique des fibres de verre aux pertes de proprietes globales observees en fatigue apres vieillissement

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Lu, Fang. "Caractérisation et modélisation du comportement cyclique en fatigue uniaxiale/multiaxiale des composites à fibres courtes : Thermoplastiques (PA66) renforcés de fibres de verre." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019PSLEM072.

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Abstract:

Dans l'objectif d'améliorer la compréhension du comportement mécanique des thermoplastiques renforcés de fibres courtes (SRFP), notre étude s'est focalisée sur la caractérisation et la modélisation du comportement cyclique en fatigue du polyamide 6,6 renforcé de fibres de verre courtes à 30% en masse (PA66GF30). D'un point de vue expérimentale, des essais de fatigue en traction uniaxiale/biaxiale et en flexion 3 points ont été réalisés, dans l'objectif d'étendre le critère de durée de vie en fatigue basé sur l'énergie de déformation restituée et validé en traction uniaxiale. L'analyse mécanique de ces essais a montré que ce critère rend compte non seulement des effets de l'orientation des fibres, de la température et de la teneur en eau, mais également l'effet du type de sollicitation. D'un point de vue de la modélisation numérique, le comportement du PA66GF30 en régime linéaire est modélisé par le modèle d'homogénéisation de Mori-Tanaka et d'Advani-Tucker pour le cas élastique, et est modélisé par le modèle de Maxwell généralisé étendu au cas anisotrope pour le cas viscoélastique. De plus, la triple équivalence Temps-Température-Humidité est introduite dans le modèle. Pour le comportement en régime non linéaire, un modèle phénoménologique visco-élasto-plastique anisotrope endommageable est proposé pour modéliser le comportement cyclique en fatigue. Les paramètres du nouveau modèle visco-élasto-plastique endommageable identifiés sont validés sur les 3 types d'éprouvettes et les pièces structurales industrielles. En appliquant le critère de durée de vie en fatigue via un post-processing, la cartographie de l'énergie et de durée de vie sortante nous permet de localiser la zone de rupture potentielle et d'estimer la durée de vie de la pièce. Un facteur conservatif inférieur à 5 pour la durée de vie estimée montrent la précision de prédiction pour les premières validations. Cette étude a ainsi fournit un outil de conception pour le dimensionnement en fatigue des SFRPs, qui permet d'optimiser la géométrie des pièces ou leurs microstructures induites par le procédé de fabrication vis-à-vis à leur rigidité et leur tenue en fatigue
Aimed at better understanding the mechanical behavior of short fiber reinforced thermoplastics (SFRP), our study focused on the characterization and modeling of the cyclic fatigue behavior of polyamide 6,6 reinforced by 30 wt% of short glassfibers (PA66GF30). From the experimental point of view, uniaxial/biaxial tension-tension fatigue tests and 3-point bending fatigue tests were carried out, in order to extend the fatigue lifetime criterion based on the restored strain energy and validated in uniaxialcase. The mechanical analyses of these tests show that, this criterion accounts not only for the effects of fiber orientation,temperature and water content, but also for the type of loading. From the numerical modeling point of view, the behavior of PA66GF30 in linear regime is modeled by the homogenization model of Mori-Tanaka and Advani-Tucker for the elastic case, and is modeled by the generalized Maxwell model extended to the anisotropic case for the viscoelastic case. In addition, the triple equivalence Time-Temperature-Humidity is introduced into the model. For nonlinear regime behavior, a damageable anisotropic visco-elasto-plastic phenomenology model is proposed to caracterize the cyclical fatigue behavior. The identified parameters of new anisotropic visco-elasto-plastic damage model are validated on these 3 types of specimen and the industrial structural parts. By applying the fatigue lifetime criterion via a post-processing, the mapping of energy and lifetime allows us to locate the fracture area and to estimate the lifetime of structural parts. A conservative factor lower than 5 for estimated lifetime shows the accuracy of prediction for these first validations. As a result, our study provided a fatigue design tool for the dimensioning of SFRPs, which makes it possible to optimize the geometry of the parts or their process-induced microstructure in relation to their stiffness and fatigue behavior

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Pagano, Fabrizio. "Mécanismes de fatigue dominés par les fibres dans les composites stratifiés d’unidirectionnels." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019PSLEM039/document.

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Abstract:

Dans un composite stratifié, les plis orientés à 0° par rapport à la direction du chargement pilotent souvent la rupture sous chargement de traction. Les fibres procurent l’essentiel de la rigidité et la résistance de ces plis. Dans ces travaux de thèse, le comportement en fatigue des plis à 0° est analysé dans des stratifiés unidirectionnels (UD) et multidirectionnels, au moyen d’essais de fatigue multi-instrumentés. Un protocole expérimental est mis en place pour éviter les ruptures prématurées typiques des essais sur UD. L’évolution en fatigue des ruptures de fibres est identifiée par leur émission acoustique. Les mécanismes de fatigue dominés par la rupture des fibres sont analysés par un modèle aux éléments finis développé à l’échelle des constituants
Under quasi-static and fatigue tension loads, the failure of a carbon fibre reinforced polymer laminate (CFRP) is usually driven by 0° plies. Carbon fibres give most of the stiffness and strength of these plies. In this work, the fatigue behaviour of 0° plies inside unidirectional (UD) and multidirectional laminates is analysed via multi-instrumented tension-tension fatigue tests. A numerical and experimental study is addressed to perform fatigue tests without the typical premature failures of the UD laminates. The acoustic emissions technique is used to identify the evolution law of fibre breaks. A finite element model is developed at the microscale (fibres and matrix) to analyse the fibre-driven fatigue mechanisms

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Berthelot, Hélène. "Comportement sous sollicitations dynamiques de composites à âme mousse : Mécanismes d'endommagement." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1997. http://www.theses.fr/1997ECDL0002.

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Abstract:

Les matériaux composites sandwiches résultent de l'association de deux peaux, de faible épaisseur, constituées de matériaux à relativement haute résistance et haut module, et d'une âme plus épaisse et de faible densité. Ces structures offrent de grandes potentialités aux concepteurs dans des domaines très divers, en particulier dans le cas d'applications structurales ou il faut allier rigidité et légèreté comme l'industrie aérospatiale, les transports ferroviaires et maritimes. La connaissance des propriétés statiques ne suffit donc pas. Une information sur leurs propriétés dynamiques et leur durabilité est nécessaire. Leur utilisation est aussi envisagée pour la réalisation de boîtiers d'équipement pour des structures spatiales et/ou aéronautiques. Dans ces conditions, ce n'est plus la résistance mécanique globale qui est en jeu mais la résistance au choc et la fonction amortissement. Pour cette étude nous avons utilisé pour les matériaux des peaux composite époxyde - fibres de verre et/ou de carbone et une âme mousse. De nombreux paramètres structuraux influencent le comportement dynamique de ces structures : la nature de matériaux constitutifs (nature de l'âme de la résine, des fibres), les séquences d'empilement dans les peaux stratifiées, l'épaisseur. . . Dans ce travail, nous avons réuni un ensemble de données cohérentes sur le comportement en fatigue et au choc. La mousse et la résine ont été gardées constantes et l'accent a été mis sur une modification des caractéristiques des peaux. Cette étude apporte quelques éléments pour la conception des sandwiches : - dans le cas de la fatigue, et dans nos conditions expérimentales, ce sont les propriétés de l'âme qui déterminent la résistance du sandwich a la sollicitation cyclique. - dans le cas du choc, les peaux jouent un rôle essentiel mais la ruine du matériau apparaît par cisaillement de l'âme, qui génère un décollement âme/peau.

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Subagio, Bambang Sugeng. "Contribution à la modélisation de l'endommagement de fatigue en flexion dans les matériaux composites unidirectionnels." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1987. http://www.theses.fr/1987ECDLA008.

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Abstract:

Essais d'identification d'une loi locale d'endommagement de fatigue basée sur la théorie de Kachanov-Rabotnov à partir d'essais mécaniques. Intégration de cette loi dans un calcul de structure. Introduction de la notion de dispersion par l'application d'une loi de Weibull. Identification de la dispersion locale à partir de la dispersion globale par la méthode de simulation de Monte-Carlo.

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Cadu, Thomas. "Contribution au développement de l'utilisation des fibres naturelles dans les composites structuraux. Étude du comportement d'un composite Lin/Epoxy lors d'un vieillissement hygrothermique." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2018. http://www.theses.fr/2018UBFCK055/document.

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Abstract:

Les composites bio-sourcés et notamment à base de fibres de lin connaissent depuis quelques années un regain d’intérêt, particulièrement dans les domaines des transports, de la mobilité et des loisirs. En effet, le faible coût énergétique et environnemental de la fibre de lin lui confère un avantage face à la fibre de verre, tout en la concurrençant en termes de propriétés mécaniques spécifiques. Cependant le comportement à long terme en environnement humide des composites à base de fibres de lin reste méconnu et constitue un frein à leur utilisation à plus grande échelle. Les objectifs de ces travaux sont de donner des clés pour produire un composite lin/époxy de haute qualité et de contribuer à l’amélioration de la connaissance de la durabilité de ces matériaux. Tout d’abord, l’influence de nombreux paramètres de mise en œuvre [(i) le pré conditionnement des renforts, (ii) la température de cuisson, (iii) la pression appliquée lors de la cuisson, (iv) la vitesse de refroidissement, (v) la température de sortie de la plaque, (vi) la température de post-cuisson et (vii) la durée de post-cuisson] sur les propriétés mécaniques des composites a été étudiée afin d’obtenir des matériaux de haute qualité. Une méthode de vieillissement « réaliste » a ensuite été développée afin d’étudier la durabilité de ce type de composites en présence d’eau. Des cycles de vieillissements hygrothermiques ont ainsi été menés en laboratoire sur des éprouvettes de composite, de résine et des faisceaux de fibres. Puis des analyses multi-échelles basées sur des caractérisations physico-chimiques, microstructurales et morphologiques du composite lin/époxy au cours de ce vieillissement ont permis de mieux comprendre les mécanismes responsables de leurs évolutions de propriétés mécaniques longitudinales et transverses au cours du temps
In recent years there is renewed interest for bio-sourced composites, including those based on flax fibers, and especially in the field of transport, mobility and leisure. In fact, the lower energy cost and environmental impact of flax fiber give it an advantage over glass fiber, while competing with its specific mechanical properties. However, flax fibers based composites long-term behavior remains poorly known in damp environments and constitutes an obstacle to a wider use. This work aims to provide adapted parameters to produce a high-grade flax/epoxy composite and to contribute to improve the durability knowledge of these materials. First, the influence of many processing parameters [(i) conditioning of the reinforcements, (ii) curing temperature, (iii) curing pressure, (iv) cooling speed, (v) exit temperature, (vi) post curing temperature and (vii) post curing duration] on the composites’ mechanical properties have been studied in order to manufacture high-grade materials. Then a “realistic” ageing method has been developed to study the durability of this kind of composites when exposed to water. Thus cyclic hygrothermal ageing has been applied to composite, resin and fiber bundles in the laboratory. Then multi-scale analyzes based on physicochemical, microstructural and morphological characterizations of the flax/epoxy composites helped to better understand the mechanisms responsible for the longitudinal and transverse mechanical properties’ evolutions over time

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Bourbita, Faten. "Comportement en fatigue anisotherme des composites unidirectionnels à matrice titane renforcée par des fibres de carbure de silicium." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00712981.

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Abstract:

L'objectif de cette étude est de déterminer la tenue du composite SCS-6/Ti6242, alliage de titane avec un renfort unidirectionnel de fibres SiC, pour des applications à température moyenne notamment pour des pièces critiques de moteurs aéronautiques, sous sollicitations thermiques et mécaniques combinées. Les conditions de chargement en service sont simulées en laboratoire par des essais de fatigue mécano-thermique, réalisés dans la plage de températures 100°C - 450°C, en contrainte imposée, sous un rapport de charge nul. Les observations des faciès de rupture réalisées par microscopie optique et électronique à balayage ont montré l'existence de deux mécanismes d'endommagement : la rupture des fibres comme en rupture monotone et la fissuration de la matrice par fatigue. Une analyse par éléments finis a été mise en place pour étudier le comportement mécanique du composite, à partir d'une méthode d'homogénéisation et du comportement de ses constituants. Les calculs montrent l'importance de la redistribution des contraintes entre les fibres et la matrice. Les résultats sont utilisés pour expliquer les mécanismes d'endommagement observés et les conséquences sur la prévision des durées de vie en fatigue anisotherme. La croissance de fissures longues en conditions anisotherme et isotherme a fait l'objet d'une étude expérimentale. Une analyse de mécanique de la rupture recourant à une méthode de zone cohésive a permis de rationaliser les vitesses fissuration observées.

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Seghini, Maria Carolina. "Mechanical Analysis and Fibre/Matrix Interface Optimization for Next Generation of Basalt-Plant Fibre Hybrid Composites." Electronic Thesis or Diss., Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2020. http://www.theses.fr/2020ESMA0003.

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Abstract:

La prise de conscience mondiale des enjeux environnementaux a conduit à l’émergence de composites«verts», dans lesquels les fibres naturelles sont amenées à remplacer les fibres synthétiques. Ces nouveaux matériaux offrent des alternatives écologiques aux composites synthétiques traditionnels mais sont difficilement utilisables pour des applications semi-structurales ou structurales. Une solution possible à ce problème est le développement des composites hybrides, en combinant ensemble fibres naturelles et synthétiques. Dans ce cadre, l'objectif de cette étude était de développer des composites hybrides à base de fibres de basalte et de lin. Les composites hybrides ont été élaborés par moulage par infusion sous vide avec une matrice époxy. À des fins de comparaison,des composites 100% à fibres de lin et100%à fibres de basalte ont également été produits. Une caractérisation mécanique quasi-statique et dynamique amontré que l'hybridation permet d’obtenir un composite avec des propriétés mécaniques intermédiaires comparées à celles des composites à fibres de lin ou de basalte. Cependant, l’analyse approfondie des dommages a montré la nécessité d'optimiser la qualité d'adhésion de l'interface fibre/matrice afin d'accroître les performances mécaniques des composites hybrides obtenus. Pour cette raison, différents traitements de modification de surface ont été développés et étudiés pour les fibres de lin et de basalte. Un traitement physique par plasma (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) a été appliqué aux fibres de lin et de basalte. Les fibres de lin ont également été soumises à deux traitements chimiques utilisant des espèces enzymatiques et du CO2supercritique. Les effets des traitements sur la stabilité thermique, la morphologie et les propriétés mécaniques des fibres de lin et de basalte ont été étudiés. L’adhérence fibre/matrice a été analysée en réalisant des tests de fragmentation sur des composites monofilamentaires. La qualité de l'adhésion entre les fibres et les matrices époxy et vinylester a été évaluée en termes de longueur critique de fragment, de longueur de décohésion interfaciale et de résistance au cisaillement interfacial. La micto-tomographie haute résolution a été utilisée pour analyser les mécanismes d'endommagement lors des tests de fragmentation. Pour les deux types de fibres, les meilleurs résultat sont été obtenus grâce au traitement par plasma. Ce traitement a consisté à déposer un revêtement homogène de tétravinylsilane à la surface des fibres de basalte et de lin, ce qui a permis une augmentation significative de l’adhérence fibre/matrice, ouvrant ainsi la voie à la prochaine génération de composites hybrides plus respectueux de l’environnement et utilisables pour des applications semi-structurales
Global awareness of environmental issues has resulted in the emergence of “green” composites, in which natural fibres are used to replace synthetic ones. However, in semi-or structural applications, it can be inconvenient to use composites based on natural fibres. A possible solution to this problem is the development of hybrid composite materials, combining together plies of natural and synthetic fibres. In this framework, the aim of this research project was to develop basalt-flax fibre hybrid composites with a view to obtaining more environmentally friendly composites for semi-structural applications. Hybrid composites were produced through vacuum infusion molding with epoxy matrix.For comparison purposes, 100% flax fibre composites and 100% basalt fibre composites were also manufactured. A quasi-static and dynamic mechanical characterization showed that the hybridization allows the production of a composite with intermediate mechanical performances compared to those possessed by flax and basalt composites. However, the damage analysis has revealed the need to optimize the fibre/matrix interface adhesion quality, in order to increase the mechanical properties of the resulting hybrid composites. For this reason, different surface modification treatments have been specifically designed and investigated for flax and basalt fibres. Flax and basalt fibres were treated by the physical process of Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition. Flax fibres were also subjected to two chemical treatments using enzymatic species and supercritical CO2. The effects of the surface modification treatments on the thermal stability, morphology and mechanical properties of flax and basalt fibres have been investigated. The degree and extent of fibre/matrix adhesion were analyzed by micromechanical fragmentation tests on monofilament composites. The adhesion quality between fibres and both epoxy and vinylester matrices has been assessed in terms of critical fragment length, debonding length and interfacial shear strength. High-resolution μ-CT has been used to support the analysis of the damage mechanisms during fragmentation tests. For both flax and basalt fibres, the best results were obtained after the plasma polymer deposition process. This process was able to produce a homogeneous tetravinylsilane coating on the surface of basalt and flax fibres, which resulted in a significant increase in the fibre/matrix adhesion, thus paving the way for the next generation of more environmentally friendly hybrid composites for semi-structural applications

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Alia, Adem. "Comportement à la rupture d'un composite à fibres végétales." Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSEI016.

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Abstract:

L’objectif de cette thèse est la caractérisation du comportement mécanique et de l’endommagement d’un composite tissé jute/polyester. Les fibres végétales constituent en effet une alternative écologique intéressante à l’utilisation des fibres synthétiques, en particulier les fibres de verre qui sont les plus utilisées pour les pièces composites de grande diffusion. Le composite est développé au sein du laboratoire LMNM à l’IOMP, Sétif, Algérie. Deux orientations ([0]8 et [+45/-45]2S) sont considérées. La caractérisation mécanique est effectuée en traction et compression monotones ainsi qu’en fatigue cyclique. Les caractérisations mécaniques et microstructurales sont réalisées au sein du laboratoire MATEIS. L’étude de l’endommagement des composites est réalisée en combinant cinq techniques : l’évolution des paramètres mécaniques via des essais cyclés et de fatigue, la microscopie, l’émission acoustique (EA), la corrélation d’images et la micro-tomographie RX. L’étude de l’évolution des paramètres mécaniques accompagnée de l’analyse globale de l’EA fournit des premiers indicateurs quant au développement de l’endommagement lors des essais. Les analyses microstructurales permettent d’identifier finement les différents mécanismes d’endommagement qui surviennent lors des sollicitations mécaniques (décohésions fibre/matrice, fissurations matricielles et rupture de fibres). Pour la segmentation des signaux d’émission acoustique en traction et en compression monotones, une classification non-supervisée est utilisée en mettant l’accent sur le choix des descripteurs et sur la labellisation des classes obtenues. Des essais de traction instrumentés par corrélation d’images ainsi que des essais de traction in-situ sous tomographe permettent d’identifier la chronologie d’apparition de l’endommagement. Ces résultats permettent également de labelliser les classes obtenues. Les signaux labellisés servent ensuite à créer une bibliothèques pour identifier la chronologie d’évolution des modes d’endommagement en fatigue cyclique réalisée par classification supervisée. Enfin, toutes ces analyses ont permis d’établir des scénarios d’endommagement pour les différents modes d’endommagement et pour les deux orientations. Il est ainsi possible de reconsidérer l’élaboration pour optimiser les propriétés mécaniques
The objective of this thesis is the characterization of the mechanical behavior and the damage of a woven jute / polyester composite. natural fibers are indeed an interesting ecological alternative to synthetic fibers, in particular glass fibers which are the most used for composite manufacturing. The studied composite is developed in the LMNM laboratory at IOMP, Sétif, Algeria. Two fibre orientations ([0] 8 and [+ 45 / -45] 2S) are considered. The mechanical characterization is carried out in monotonic tensile and compression as well as in cyclic fatigue. Mechanical and microstructural characterizations are carried out in the MATEIS laboratory. The study of the damage is carried out by combining five techniques: the evolution of mechanical parameters via cyclic and fatigue tests, microscopy, acoustic emission (EA), image correlation and micro- RX tomography. The study of the evolution of the mechanical parameters combined with the global analysis of the AE provides first indicators concerning the development of the damage during the tests. Microstructural analyzes allow to finely identify the damage mechanisms that occur during mechanical tests (fiber / matrix decohesions, matrix cracks and fiber breakage). For the segmentation of acoustic emission signals in monotonic tests, an unsupervised classification is used, emphasizing the choice of descriptors and the labeling of the classes obtained. Tensile tests instrumented by image correlation as well as in situ tensile tests under tomography allow to identify the chronology of appearance of the damage. These results are also used to label the obtained classes . The labeled signals are then used to create a library to identify the chronology of evolution of the modes of damage in cyclic fatigue achieved by supervised classification. Finally, all these analyzes made it possible to establish damage scenarios for the different damage modes and for the two orientations. It is thus possible to reconsider the development to optimize the mechanical properties

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Redjel, Bachir. "Mécanique et mécanismes de rupture dans les matériaux composites SMC (Sheet Molding Compound)." Compiègne, 1987. http://www.theses.fr/1987COMPD067.

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L’objectif de cette étude est de comprendre les phénomènes de rupture dans les matériaux composites SMC à résine phénolique et polyester renforcée de fibres de verre mat. Tout d’abord une étude de caractérisation sur éprouvettes lisses menée en flexion 3 points, en traction et en compression, a mis en évidence des comportements différents des SMC dans ces 3 types de sollicitations. La présence d’un domaine important d’endommagement avant rupture, qui pertube le champ de contraintes dans les éprouvettes de flexion est à l’origine de ces divergences. L’analyse des contraintes à la rupture par les statistiques de Weibull montre que ces matériaux ne relèvent pas de cette théorie. Concernant l’étude de la résistance à la fissuration sur éprouvettes entaillées, l’application de la mécanique de la rupture à ces matériaux a permis de définir deux paramètres de ténacité : un paramètre d’amorçage de l’endommagement Kam défini au point de non linéarité de la courbe charge-déplacement représentant une caractéristique intrinsèque du matériau, et un paramètre d’instabilité Kins calculé au maximum de charge avec une longueur de fissure effective correspondante indépendante de la longueur d’entaille, mais relative à chaque type de sollicitation. En fixant une géométrie d’éprouvette, (flexion 3 points), l’influence de divers paramètres – anisotropie, fraction volumique des fibres de verre et de charges d’alumine, température, post-cuisson) sur ces deux paramètres de ténacité ainsi que la forme des courbes KR, a été mise en évidence. Enfin, l’étude de la résistance à la fatigue a permis d’établir la courbe S-N de chaque matériau. Cette courbe se caractérise par une dispersion importante dans le valeurs de durée de vie et ne peut être utilisée que pour des comparaisons correspondant à des variations de composition, de signal, de fréquence d’essai etc…

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Albouy, William. "De la contribution de la visco-élasto-plasticité au comportement en fatigue de composites à matrice thermoplastique et thermodurcissable." Phd thesis, INSA de Rouen, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00942294.

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Abstract:

La présente étude vise à comprendre l'influence du comportement visco-élasto-plastique d'une matrice TP (PPS) et TD (Epoxy) sur le comportement en fatigue à haute température de composite tissés à fibres de carbone. Une analyse fractographique a permis de révéler le rôle déterminant des zones riches en matrice au niveau des plis à ±45° dans la chronologie d'endommagement et sur le comportement en fatigue de stratifiés à plis croisés et quasi-isotropes. Afin d'évaluer la contribution de la viscoélasticité et de la viscoplasticité de la matriceTP au comportement thermomécanique des stratifiés C/TP à T>Tg, un modèle viscoélastique de Norton généralisé ont été implémentés dans le code Eléments Finis Cast3m. Une technique de corrélation d'images numériques (CIN) a été mise œuvre pour tester la capacité du modèle à prédire la réponse du stratifié dans le cas de structures à forts gradients de contraintes.

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Klimkeit, Bert. "Etude expérimentale et modélisation du comportement en fatigue multiaxiale d'un polymère renforcé pour application automobile." Phd thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aéronautique, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00464186.

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Abstract:

Cette thèse contribue à la compréhension du comportement en fatigue des thermoplastiques renforcés par des fibres de verre courtes. Deux différents matériaux sont étudiés : Un mélange de polybutylène téréphtalate et polyéthylène téréphtalate (PBT+PET GF30) et un polyamide 66 (PA66 GF35). Les enjeux scientifiques de la thèse concernent les chargements multiaxiaux, l'influence de la contrainte moyenne et l'orientation de fibres sur la tenue en fatigue. En outre, les mécanismes de rupture sont abordés au travers de techniques dédiées et ciblées ce qui a permis de proposer un scénario de rupture en fatigue pour le PBT+PET GF30. L'enjeu industriel est de développer un outil de dimensionnement en fatigue. Afin de répondre à ces objectifs, des essais de fatigue sont effectués dans le domaine de la durée de vie limitée (103-106 cycles) et à amplitude constante pour les rapports de charge de R=0,1 et R=-1. L'effet de l'orientation de fibres est étudié sur la base d'essais à différentes orientations en traction ainsi qu'en cisaillement sur des éprouvettes plates. Des chargements multiaxiaux sont appliqués à des éprouvettes tubulaires afin d'évaluer la tenue en fatigue multiaxiale. Dans le but de réduire le nombre d'essais d'identification tout en conservant les effets à décrire (triaxialité, rapport de charge et orientation), un nouveau critère est proposé. L'effet de l'orientation des fibres est simulé en utilisant l'approche de Mori Tanaka afin de calculer les contraintes moyennées. Le critère est implanté dans une chaîne de calcul allant de la mise en œuvre jusqu'à la durée de vie et il est validé sur deux matériaux et une large base de donnée expérimentale.

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François-Brazier, Joël. "Caractérisation de la tolérance à l'endommagement et de la durabilité des composites ciment-verre par des essais de flexion avec des cycles de chargement-déchargement." Lyon 1, 1991. http://www.theses.fr/1991LYO10093.

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Abstract:

Ce travail presente une methode de caracterisation de l'endommagement des composites a matrice cimentaire renforcee par des fibres de verre (ccv), puis une etude comparative de la durabilite et des proprietes mecaniques de deux ccv, notes 5/5 et vtx-ccv, renforces par des fibres de verre alcali-resistant. Ils se differencient par la substitution (vtx-ccv) ou non de metakaolin selectionne au ciment. La bibliographie dresse un apercu des progres accomplis pour ameliorer la tenacite et la durabilite des ccv, et presente les insuffisances des tests actuels de caracterisation mecanique, notamment pour analyser les mecanismes d'endommagement au cours de la rupture. La methode proposee, basee sur l'essai de flexion, utilise une acquisition et un traitement informatiques des donnees pour mesurer la tenacite du materiau. Une procedure de cycles de chargement-dechargement permet de suivre jusqu'a la rupture complete des evolutions de l'energie d'endommagement, de l'energie de frottement et de l'energie que peut restituer le materiau. Une nouvelle methode d'analyse d'amplitudes en emission acoustique contribue a caracteriser le developpement des endommagements. L'etude de la durabilite des proprietes mecaniques conclut a la tres nette superiorite du vtx-ccv, systeme contenant du metakaolin. Celle de l'endommagement au cours de la rupture met en evidence les mecanismes successifs predominants intervenant pour un ccv soit tenace, soit fragile, et etablit une correlation entre les reponses acoustique et mecanique. L'effet d'un preendommagement mecanique a l'etat jeune sur les proprietes mecaniques a long terme d'un ccv est analyse. Enfin, le principe d'une methode de controle de qualite pour deceler l'existence d'un endommagement mecanique est propose

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Nony, Clément. "Modélisation multi-échelles de l'endommagement d'un composite à résine thermodurcissable renforcé de fibres courtes de carbones." Thesis, Paris, ENSAM, 2018. http://www.theses.fr/2018ENAM0021/document.

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Abstract:

L'évolution du contexte industriel pousse l'industrie du transport, et plus particulièrement le secteur automobile, à réaliser des gains de de masse. Ceci passe, pour partie, par le développement de nouvelles solutions en matériaux composites. Le présent travail de thèse est consacré à la caractérisation mécanique et à la modélisation micromécanique d'un nouveau matériau composite SMC renforcé de mèches de fibres de carbone. L'objectif est de constituer une première base de connaissances sur le comportement de ce SMC en fatigue. Les investigations expérimentales passent notamment par l'analyse de la microstructure, la caractérisation du comportement mécanique sous sollicitation quasi-statique et de fatigue ainsi que par l'analyse des modes de dégradations. L'approche multi-échelle développée prend en compte la microstructure du matériau aux deux échelles mises en évidence à travers deux homogénéisations successives par une méthode Mori-Tanaka. Cette stratégie de modélisation permet de relier le comportement des fibres et le comportement élasto-plastique de la matrice à travers une loi de comportement dédiée à celui du matériau composite, et enfin d'intégrer la distribution d'orientation des mèches induites par le procédé de thermocompression.Le modèle multi-échelle a été identifié par une méthode inverse à partir des bases de données expérimentales constituées lors des travaux. La loi constitutive globale, à l'échelle d'un volume élémentaire représentatif, a été implémentée dans la bibliothèque scientifique SMART+ en langage C++ et a été conçue pour être compatible dans le cadre d'analyse de structures par éléments finis. En régime non-linéaire intégrant l’endommagement
The evolution of the industrial context is pushing the transport industry, and more specifically the automotive sector, toward better energy efficiency. This objective is partly achieved by the development of new composite material solutions. The current work is devoted to the mechanical characterization and the multiscale modeling of a new SMC composite material reinforced with short carbon fibers bundles. The objective is to build a first knowledge base on the behavior of this SMC under fatigue loading. Experimental investigations include the analysis of the microstructure, the characterization of the mechanical behavior under quasi-static and fatigue loading, as well as the analysis of the damage mechanisms. The proposed multiscale approach takes into account the microstructure of the composite at the two scales highlighted through two successive homogenizations by the means of a Mori-Tanaka based method. Such modelling strategy makes it possible to relate elasto-plastic behavior of the matrix through dedicated local constitutive laws and the behavior of the fibers to that of the composite material, and to integrate the orientation distribution of the bundles induced by the manufacturing process... The multiscale model was identified by the mean of an inverse computation method applied on the experimental results taken from the databases created during the works.The global constitutive law, computed at the scale of a representative elementary volume, has been implemented in the SMART+ scientific library in C++ language in such a manner to be compatible in a finite element analysis (FEA) framework

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Pauchard, Vincent. "Etude des mécanismes de rupture des fibres dans les composites UD verre/epoxy sous sollicitation de fatigue longitudinale en milieu humide : application d'un modèle de corrosion sous contraintes." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2001. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/TH_T1868_vpauchard.pdf.

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Abstract:

L'objet de cette étude est la dégradation des composites unidirectionnels (UD) verre/époxy sous sollicitations environnementales (humidité) et mécaniques (fatigue en flexion longitudinale 0°) combinées. Dans ces conditions, il est établi que l'endommagement est largement tributaire de la rupture différée et diffuse de monofilaments sur la face en traction des éprouvettes. Ceci résulte de la propagation sous-critique des défauts superficiels du verre, dont la cinétique dépend fortement de l'environnement physico-chimique local et notamment de la concentration en eau. Sur la base de ces acquis, il a été entrepris une analyse multi-échelles du premier endommagement: (i) un modèle statistique de corrosion sous-contrainte a été validé sur mèches de fibres non imprégnées, au moyen d'essais de traction instrumentés en émission acoustique ; (ii) ce même modèle a été appliqué dans un Volume Elémentaire Représentatif au sein d'un composite, grâce à un dispositif de flexion instrumentée en analyse d'images ; (iii) une relation empirique simple entre le nombre de fibres rompues au centre et en surface de l'éprouvette et la raideur de celle-ci a permis de proposer une approximation analytique de la perte de raideur de la poutre de flexion sous sollicitation monotone ou statique ; (iv) les potentialités et les limites de ce modèle dans le cas de sollicitations dynamiques ont enfin été abordée grâce à un dispositif de fatigue en immersion. Il est apparu que cette approche permettait largement de rendre compte de l'effet de la température, du niveau de charge, de la fréquence et du rapport de sollicitation
The fatigue behaviour of unidirectional glass/epoxy composites under longitudinal bending or tensile loading is known to be largely dominated by the delayed fracture of the fibre reinforcement. Often refereed as stress corrosion cracking (SCC), these processes are controlled by the sub-critical growth of glass surface defects under the combined action of stress and moisture. On this basis we have conducted a multi-scale analysis on the early stages of damage development: (i) a statistical model of Stress Corrosion Cracking have been validated during tensile tests on dry fibres bundles by means of Acoustic Emission; (ii) the same model have been applied to an elementary volume within a flexural beam by means of in situ optical observations; (iii) an empirical relationship between the number of fibre breaks on the tensile side in front of the loading nose and the relative stiffness of the specimen allowed us to propose an analytical approximation of the stiffness loss of flexural beams under static or quasi-static loading; (iv) potential and limitations of this approach for dynamic fatigue were investigated in immersion in hot water. It appeared that our model allowed to take into account of thermal activation, strain level, solicitation ratio and frequency

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Ben, ameur Mariem. "Caractérisation mécanique et suivi par émission acoustique des mécanismes d’endommagement des composites à fibres hybrides lin/carbone." Thesis, Le Mans, 2019. http://www.theses.fr/2019LEMA1039.

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Abstract:

L'utilisation de fibres naturelles comme renfort permet d'améliorer les performances environnementales des matériaux composites ainsi que leurs propriétés d’amortissement. Néanmoins, ces composites à fibres naturelles présentent des performances mécaniques moins intéressantes que celles des composites à fibres synthétiques. Dans ce contexte, cette étude propose d'élaborer des structures composites à renfort hybrides constituées des fibres de lin et de carbone. L’objectif de cette hybridation est de trouver un compromis entre les propriétés mécaniques et dissipatives. Tout d'abord, le comportement en statique des composites à fibres de lin, fibres de carbone et fibres hybrides lin/carbone a été analysé. Les caractéristiques élastiques principales d’ un pli UD en contraintes planes sont ainsi déterminées .Par ailleurs, un suivi et une analyse des mécanismes d'endommagement ont été effectués au moyen de la technique d'émission acoustique associée à des observations microscopiques. Dans un souci de mieux répondre aux besoins industriels, le comportement des composites soumis aux essais de fatigue cyclique doit être étudié. Pour ce faire, le comportement en fatigue de ces matériaux à renforts non-hybrides et hybrides a été analysé sous sollicitations de traction et de flexion trois points. L’ influence de l’ hybridation sur la durée de vie en fatigue de ces composites a été établie. Enfin, une étude expérimentale et une modélisation par élément finis du comportement vibratoire des composites non-hybrides et hybrides ont été réalisées. Ainsi, le rôle des différentes fibres, de l’orientations des fibres, de séquences d’empilement dans l'amortissement en vibrations a été discuté
The use of natural fibers as reinforcement makes it possible to improve the environmental performance of the composite materials as well as their damping properties. Nevertheless, these natural fiber composites have lower mechanical performance than synthetic fiber composites. In this context, this study proposes to develop composite structures with hybrid reinforcement made of flax and carbon fibers. The objective of this hybridization is to find a compromise between the mechanical and dissipative properties. First, the static behavior of flax fiber, carbon fiber and flax/carbon hybrid composites was analyzed. The principal elastic characteristics of a UD ply in plane stresses are thus determined. Moreover, a monitoring and an analysis of the mechanisms of damage were carried out by means of the technique of acoustic emission associated with microscopic observations. In order to better meet industrial needs, the behavior of composites subjected to cyclic fatigue tests must be studied. In fact, the fatigue behavior of these materials with non-hybrid and hybrid reinforcements was analyzed under tensile stress and three-point bending. The influence of hybridization on the fatigue life of these composites has been established. Finally, an experimental study and a finite element modeling of the vibratory behavior of non-hybrid and hybrid composites were carried out. Thus, the role of different fibers, fiber orientations, stacking sequences in vibration damping has been discussed

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Monti, Arthur. "Élaboration et caractérisation mécanique d'une structure composite sandwiche à base de constituants naturels." Thesis, Le Mans, 2016. http://www.theses.fr/2016LEMA1023/document.

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Abstract:

Les éco-composites s'imposent progressivement comme une alternative à certains matériaux classiques. L'utilisation de fibres végétales en guise de renfort permet en effet d'améliorer les performances environnementales de ces matériaux ainsi que leurs propriétés spécifiques élevées. Dans ce contexte, cette étude propose d'élaborer un éco-composite sandwich dont les peaux sont constituées d'une résine thermoplastique innovante associée à des fibres de lin et à une âme en balsa. Tout d'abord, les comportements statiques de la résine et de l'âme sont analysés. Par la suite, le composite renforcé de fibres de lin constituant les peaux du sandwich est étudié. Les caractéristiques élastiques principales du pli UD en contraintes planes sont déterminées. De plus, une analyse des mécanismes d'endommagement est effectuée au moyen de la technique d'émission acoustique. Le comportement des poutres sandwiches sollicitées en flexion est ensuite étudié. Une attention particulière est portée à la compréhension des modes de rupture et à l'influence des variations locales des propriétés mécaniques de l'âme. Par ailleurs, certaines propriétés dynamiques de cette structure sont explorées, notamment son comportement en fatigue et sa réponse à l'impact afin de discuter de sa durabilité. Enfin, une étude expérimentale du comportement vibratoire des poutres composites et sandwiches est réalisée. Le rôle des différents constituants dans l'amortissement global des vibrations est discuté au moyen d'une modélisation par élément finis. L'ensemble des propriétés déterminées sont comparées à celles des matériaux non bio-sourcés, afin de situer ses performances
Bio-based composites appear to be very promising alternatives to traditional composites. The use of natural fibres as reinforcement reduces the environmental impact of these materials and their specific properties are significantly increased. In this context, this work focuses on the manufacturing and the mechanical characterization of a bio-based sandwich structure. The skins are made of an innovative thermoplastic resin associated with flax fibres. The core is made of balsa wood. First, quasi-static analyses are performed on the different components. Then, the tensile properties of the composite skins are studied. Moreover, the main damage mechanisms are identified and described by means of the acoustic emission technique. Next, the flexural behavior of the whole sandwich structure is studied. Particular attention is paid to the detection and prediction of the main fracture modes. Moreover, the statistical spreads of the material properties of the balsa core are taken into account. In addition, cyclic fatigue and impact tests are performed to investigate the behavior of this structure under dynamic loads, and to discuss whether or not this material could be suitable for potential semi-structural applications. Finally, experimental analyses of the vibration behavior of composite and sandwich beams are performed. The contributions of the different components to the global damping properties of the sandwich structure are analyzed by means of a finite elements model. This work also compares the properties of this bio-based sandwich to those of traditional materials, in order to benchmark its mechanical performances with a view to further industrial usage

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Tamiatto, Cyril. "Conception et analyse du comportement d'un composite à capteur intégré en fibres de carbone pour la détection in-situ des endommagements d'une structure verre-résine." Lille 1, 1998. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/1998/50376-1998-419.pdf.

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Abstract:

L'objet du programme de recherche est le developpement d'un materiau composite verre/resine instrumente avec un capteur integre capable de detecter les endommagements in-situ de la structure. Le capteur retenu est une meche de carbone dont on etudie l'augmentation de la resistance electrique, provoquee par l'elongation, puis les ruptures des differentes fibres de carbone. Une premiere etude de base effectuee sur eprouvettes en traction a montre que les meches de carbone peuvent etre utilisees comme capteur d'endommagement, sous reserve que leurs caracteristiques soient adaptees a la deformation critique d'endommagement de la structure a controler. L'analyse a ensuite ete etendue a d'autres modes de sollicitations mecaniques (flexion, delaminage, chargement repete progressif, fatigue dynamique). Les sollicitations dynamiques ont en particulier mis en evidence l'existence d'une resistance electrique residuelle du capteur apres suppression de la contrainte. Le capteur resistif developpe ne se comporte donc pas comme un simple capteur de deformation instantanee, mais peut memoriser, via sa resistance residuelle, les eventuels endommagements du materiau hote. Dans le cas de chargement en traction, les reponses electriques des capteurs ont pu etre modelisees par des lois statistiques de weibull ou sigmoidales, qui prennent en compte la distribution de ruptures des differentes fibres de carbone.

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Tang, Sui. "Étude de l'endommagement sous sollicitations monotone et cyclique de matériaux composites à matrices 2024 A1 et 2124 A1 renforcées par des fibres SiCw." Compiègne, 1989. http://www.theses.fr/1989COMPI284.

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Abstract:

Les composites à matrices d'alliages d'aluminium renforcées par des fibres de carbure de silicium possèdent des atouts intéressants mais aussi quelques faiblesses. Les études statiques de ces matériaux ont montré que l'augmentation de la résistance à la traction et du module d'Young sont appréciables par rapport au métal de base et que le mécanisme de rupture est gouverné par un processus de fissuration instable. Elles soulignent aussi que leur comportement mécanique est très lié au pourcentage de renfort et à la qualité de la matrice. On note également que les mécanismes de rupture de ces matériaux dans les sens long et transverse sont très différents. Le premier est gouverné par la matrice et le dernier par l'interface. La ténacité de ces composites est moins bonne que celle du métal de base. La limite d'endurance de ces matériaux est proche de celle de la matrice et elle peut augmenter après un polissage soigné. Les stries de fatigue habituellement observées sont absentes sur les faciès de rupture, ceci laisse supposer que le mécanisme de fissuration est un phénomène instable. En général, sous une sollicitation répétée, il se passe une fragilisation de l'interface au bout de la fibre. Enfin, ces composites sont très sensibles à l'état de surface, tant pour les propriétés monotones que cycliques.

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Bale, Jefri Semuel. "The damage observation of composite using non destructive testing (NDT) method." Thesis, Paris 10, 2014. http://www.theses.fr/2015PA100067/document.

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Abstract:

L'objectif de ce travail de thèse est d'étudier le comportement de l'endommagement des matériaux composites sous chargement statique et fatigue par contrôle non destructif (C.N.D) thermographie et soutenu par émission acoustique et la tomographie (CT scan). Pour cela, ce unidirectionnels composite à fibres de verre (GFRP) et discontinue composite à fibres de carbone (DCFC) ont été utilisés comme les éprouvettes qui ont fourni par PSA peugeot citröen, France. Une série d'essais mécaniques a été réalisée pour déterminer le comportement de l'endommagement sous chargement statique et fatigue. Pendant tout des essais mécanique, la thermographie a été utilisé pour l'observation en temps réel pour suivre l'évolution des températures sur la surface de l'éprouvette et supporté par émission acoustique dans certaines conditions. Cette étude a utilisé une forme rectangulaire et se compose d'éprouvettes trouées et non trouées au centre de l'éprouvette. La vitesse de déplacement constante est appliquée pour observer l'effet sur le comportement de l'endommagement sous chargement de traction statique. Sous les essais de fatigue, le paramètre constant de la fréquence et de l'amplitude de stress a été étudiée pour chaque niveau de charge pour avoir les propriétés de fatigue et l'évolution de l'endommagement de l'éprouvette. La tomographie a été utilisée pour confirmer l'apparition de l'endommagement et l'etat du matériau après l'essai de fatigue. L'analyse des résultats de l'expérimentation et de l'observation NDT montré le bon accord entre les résultats mechnical et NDT thermographie avec prise en charge par l'observation de l'émission acoustique en détecter l'apparition et la propagation de l'endommagement de GFRP PRV et DCFC sous chargement de statique en traction. Les essais en fatigue montrent que la dissipation thermique est liée à l'évolution de l'endommagement et également thermographie et peut être utilisé avec succès pour déterminer la limite d'endurance (HCFS) et la courbe de Wöhler du matériau composite. Les résultats par CT scan ont mesurée avec succès les endommagements et l'état du matériau après essai de fatigue du matériau composite
The aim of this study is to investigate the damage behaviour of composite material in static and fatigue condition with non destructive testing (NDT) thermography method and supported by acoustic emission and also computed tomography (CT) scan. Thermography and acoustic emission are used in real-time monitoring techniques during the test. On the other hand, NDT observation of tomography is used for a post-failure analysis. In order to achive this, continuous glass fiber composite (GFRP) and discontinuous carbon fiber composite (DCFC) have been used as the test specimens which supplied by PSA Company, France. A series of mechanical testing was carried out to determine the damage behaviour under static and fatigue loading. During all the mechanical testing, thermography was used in real-time observation to follow the temperature change on specimen surface and supported by acoustic emission in certain condition. This study used rectangular shape and consist of specimen with and without circular notches (hole) at the center. The constant displacement rate is applied to observe the effect on damage behaviour under tensile static loading. Under fatigue testing, the constant parameter of frequency and amplitude of stress was explored for each load level to have the fatigue properties and damage evolution of specimen. The tomography was used to confirm the appearance of damage and material condition after fatigue testing. The analysis from the experiment results and NDT observation shown the good agreement between mechnical results and NDT thermography with supported by acoustic emission observation in detect the appearance and propagation of damage for GFRP and DCFC under static loading. Fatigue testing shows that thermal dissipation is related to the damage evolution and also thermography and can be successfully used to determine high cycle fatigue strength (HCFS) and S-N curve of fiber composite material. From post failure analysis, CT scan analysis successfully measured and evaluated damage and material condition after fatigue test for fiber composite material. v

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Manaii, Racha. "Étude du comportement mécanique en fatigue et à l'impact du composite lin/ Elium." Electronic Thesis or Diss., Paris, HESAM, 2021. http://www.theses.fr/2021HESAE027.

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Abstract:

Les avantages apportés par les fibres naturelles dans le secteur des matériaux composites sont multiples : la légèreté, de bonnes propriétés mécaniques spécifiques, un coût compétitif et un impact environnemental réduit. Au vu de ces atouts, l’intérêt pour ces fibres a multiplié les études scientifiques les concernant notamment en regard des objectifs d’un développement durable. Cependant, l’utilisation de ces matériaux dans des pièces de structure est assujettie à la connaissance de leur comportement à long terme et face aux différents chargements dynamiques et répétitifs. Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse est d’étudier le comportement mécanique d’un composite à fibres de lin et matrice Elium® en fatigue et à l’impact. Dans un premier lieu, cette étude a permis de déterminer les propriétés mécaniques du matériau en traction et à suivre l’endommagement induit par le biais d’observations microscopiques et des analyses en émission acoustique. Par la suite, pour arriver à répondre à la problématique liée à la résistance et l’endurance en fatigue, la campagne expérimentale réalisée a permis une estimation de la limite LCF/HCF et d’étudier l’endommagement en chargement répétitif du matériau. Enfin, la réponse au choc basse vitesse a été étudiée. Différents outils ont permis d’étudier la réponse à l’impact. Les résultats ont également montré un fort potentiel de réparation après impact du composite, à défaut de rupture de fibres, et ceci grâce à la résine thermoplastique l’Elium®
The advantages brought by natural fibers in the composite materials sector are multiple: lightness, good specific mechanical properties, competitive cost and reduced environmental impact. In view of these advantages, the interest for these fibers has multiplied the scientific studies concerning them, in particular with regard to the objectives of a sustainable development. However, the use of these materials in structural parts is subject to the knowledge of their long-term behavior and in front of the various dynamic and repetitive loads. In this context, the objective of this thesis is to study the mechanical behavior of a flax fiber composite and Elium® matrix in fatigue and impact. In a first step, this study allowed to determine the mechanical properties of the material in traction and to follow the induced damage by means of microscopic observations and acoustic emission analysis. Then, in order to answer the problem related to the resistance and endurance in fatigue, the experimental campaign carried out allowed an estimation of the LCF/HCF limit and to study the damage in repetitive loading of the material. Finally, the response to low speed impact was studied. Different tools were used to study the impact response. The results also showed a strong potential of repair after impact of the composite, in the absence of fiber rupture, and this thanks to the thermoplastic resin Elium®

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Michaux, Aurore. "Amélioration de la durée de vie de composites à matrice céramique à renfort carboné." Bordeaux 1, 2003. http://www.theses.fr/2003BOR12676.

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Abstract:

L’objectif de ce travail était d'étudier l'influence des paramètres caractérisant les matrices autocicatrisantes et séquencées utilisées pour améliorer la durée de vie des composites à renforts de carbone. Ces paramètres sont la composition, la microstructure et les caractérisations thermomécanique et thermochimique des couches élémentaires constituant la matrice séquencée. La première partie du mémoire est consacrée à (i) la caractérisation de la réactivité à l'oxygène et (ii) la détermination des coefficients thermoélastiques des constituants du composite à renfort de carbone et à matrice séquencée. Dans la deuxième partie, il est proposé une optimisation de l'architecture à partir d'un travail de modélisation de la distribution des contraintes internes et d'un travail d'élaboration et de caractérisations de composites modèles 1D. Finalement, la dernière partie du mémoire est consacrée à la caractérisation thermomécanique des composites à texture multicouche à base de fibres de carbone et à matrice autocicatrisante et séquencée. Une optimisation de l'architecture de la matrice est notamment étudiée à partir d'essais de durée de vie à haute température en environnement oxydant
The goal of this work was to study the influence of parameters characterizing self-healing and layered matrices, which are used to improve lifetime of carbon fiber-reinforced composites. These parameters are the composition, microstructure, as well as the thermomechanical and thermochemical characteristics of each layer constitutive of the layered matrix. The first part of this work deals with (i) the characterization of the reactivity towards oxygen and (ii) the determination of the thermoelastic properties of all the constituants of the composite, including carbon fibers. In the second part, an optimization of the architecture of the layered matrix is proposed from the modelling of the internal stresses distribution and from the elaboration and characterization of model 1D composites. Finally, the last part deals with thermomechanical characterizations of 3D composites constituted by an interlocked carbon fiber preform and a self-healing and layered matrix. An optimization of the matrix architecture is more particularly studied, thanks to lifetime tests performed at high temperature in an oxidizing environment

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Chateauminois, Antoine. "Comportement viscoélastique et tenue en fatigue statique de composites verre-époxy : influence du vieillissement hygrothermique." Lyon 1, 1991. http://www.theses.fr/1991LYO10242.

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Abstract:

La durabilite de composites unidirectionnels verre/epoxy soumis a un vieillissement hygrothermique est etudiee par deux approches complementaires: une approche basee sur l'analyse viscoelastique lineaire (faibles deformations) ayant pour but de preciser la nature des interactions eau/polymere; une approche basee sur la fatigue statique (flexion trois pannes) visant a mettre en evidence l'influence du vieillissement sur la creation des premiers defauts et la propagation de l'endommagement. L'analyse et la modelisation des cinetiques de sorption d'eau mettent en evidence des phenomenes de diffusion moleculaire dans la matrice, associes au remplissage de microcavites induites hygrothermiquement. La modelisation theologique permet l'identification des processus reversibles de plastification et des mecanismes irreversibles de degradation hydrolitique. L'analyse detaillee des mecanismes d'endommagement conduit a l'etablissement de diagrammes d'endurance considerant l'existence de plusieurs domaines dont l'evolution au cours du vieillissement prend en compte les pertes de proprietes des elements constitutifs du composite (plastification de la matrice, alteration du renfort, decohesion des zones interfaciales)

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Aboissière, Jacky. "Propagation de dommages d'impact dans un matériau composite stratifié à fibres de carbone et résine époxyde." Toulouse 3, 2003. http://www.theses.fr/2003TOU30027.

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Foti, Federico. "Effect of the Environment on the Fatigue Behaviour of Textile Organic Matrix Composite Materials for Aircraft Applications." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2017. http://www.theses.fr/2017ESMA0031/document.

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Abstract:

Les composites à matrice organiques (CMO) et fibre de carbone sont de plus en plus employés dans la réalisation de structures « tièdes » (aubes de fan, nacelles …) ; ces pièces peuvent être soumises, en service, à la fatigue mécanique, au cyclage thermique et à la fatigue thermo-mécanique. Bien qu’il existe une littérature consistante sur le comportement en fatigue des composites tissés, l'interaction entre fatigue et la dégradation liée à l'environnement à haute température n’a pas été encore bien exploitée. Le couplage entre les effets de la thermo-oxydation, le comportement mécanique (viscoélastique, viscoplastique) de la matrice organique à températures élevées et la dégradation par fatigue peut être néfaste pour le composite.Le but de ce travail est de caractériser et de modéliser - pour les composites tissés C/matrice organique - le comportement thermomécanique, l'apparition et le développement de l’endommagement liés aux mécanismes mécaniques cycliques (fatigue) sous environnement contrôlé (température et gaz).Une étude préliminaire sur un composite stratifiée [02/902]s a été menée pour pouvoir analyser les effets de l’environnement sur une architecture simple. La corrélation d’image numérique (CIN) et des scans μ-tomographiques (μCT) ont été employés pour le suivi et la caractérisation de l’endommagement de fatigue de composites tissés 2D à architecture complexe pour applications aéronautiques. Les effets de l’environnement sur la dégradation par fatigue ont été également explorés.L'objectif à long terme de cette étude est de fournir des outils expérimentaux et numériques pour renforcer la compréhension et la modélisation du couplage mécanique/endommagement/environnement pour la prédiction de la durée de vie et pour la proposition de protocoles d’essais accélérés réalistes de pièces « tièdes » en CMO
In the next future, the employment of organic matrix/carbon fibre composites (OMC) is foreseen for the realization of “hot” structures: these parts may be subjected, in service, to mechanical fatigue (e.g. fan blades turbo-engines), thermal cycling and thermo-mechanical fatigue (e.g. aircraft structural parts). Though there is a consistent literature concerning the fatigue behaviour of woven composites, the interaction between fatigue and environmental degradation at high temperature has been poorly explored. Coupling between thermo-oxidation effects, mechanical (viscoelastic, viscoplastic) behaviour of the polymer matrix at high temperatures and degradation due to fatigue may be highly detrimental for the material. This work aims at characterizing and modelling - for carbon fibre/organic matrix (polyimide) textile composites – the thermomechanical behaviour, the onset and the development of damage related to cyclic mechanical mechanisms (fatigue) under controlled (temperature and gas) environment.A preliminary study on a cross-ply laminate [02/902]s has been carried out in order to analyse the environmental effect on a model sample. Digital Image Correlation (DIC) and μ-Computed Tomography (μCT) have been used to monitor and characterize the fatigue damage of 2D woven composites for aeronautical applications. The environmental effect on fatigue degradation have been also explored.The long-term aim of the study is to provide experimental and numerical tools to strengthen the understanding and the modelling of mechanics/damage/environment coupling for durability prediction

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Ben, Kahla Hiba. "Microfissures et délaminations des composites stratifiés soumis à des chargements quasi-statiques et cycliques." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2019. http://www.theses.fr/2019LORR0333.

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Abstract:

L’industrie aéronautique concentre ses efforts sur l’amélioration de la performance de ses avions, tout en réduisant leur poids et limitant l’impact environnemental. Une partie de cet objectif est assurée par l’utilisation des matériaux composites stratifiés à fibres longues. Les fissures matricielles, dans les plis où les fibres ont des orientations éloignées de la direction principale du chargement, sont le premier mode d’endommagement observable dans un stratifié. Tandis que ces fissures se propagent dans des tunnels et augmentent en nombre, deux proches fissures matricielles de deux plis voisins peuvent se croiser formant une enveloppe avec le bord libre. Des délaminations locales peuvent y être générées. L’évolution et l’interaction de ces deux modes d’endommagement ainsi que l’accumulation de l’endommagement sous des sollicitations spécifiques sont des informations cruciales pour bien comprendre les mécanismes et prévoir avec exactitude la dégradation des propriétés mécaniques du matériau endommagé. Ce mémoire aborde l’initiation et l’évolution des fissures matricielles et des délaminations inter-couches des matériaux stratifiés. Dans la première partie, des essais mécaniques en statique et en fatigue cyclique sont menés sur des stratifiés NCF ( Non Crimp Fabric) quasi-isotropes Epoxy/ fibres de carbone. L’objectif est de développer une méthodologie efficiente pour déterminer l’évolution de l’endommagement sous chargement cyclique tout en économisant le temps et le coût des tests et de la caractérisation. Un modèle simple basé sur la distribution de Weibull permet de prévoir la densité des fissures matricielles. Une partie des paramètres du modèle est déterminée par de simples tests quasi statiques et l’autre partie est déterminée grâce a un nombre limité des essais cycliques. Dans les régions où des fissures matricielles croisent le bord de l´échantillon, des délaminations locales se sont créées à cause d’un état de contraintes élevées. L’effet des paramètres du chargement appliqué sur la longueur moyenne de délaminations inter-couches est caractérisé et lié ensuite à la perte de rigidité résultante. Dans la deuxième partie, la présence du délaminage local et son effet sur la rigidité du composite stratifié sont examinés à l’aide d’une analyse numérique par éléments finis. La simulation était réalisée en traction unidirectionnelle pour composites stratifiés avec des longueurs de délaminage différentes, afin d’étudier l’influence de la progression des délaminations sur l’ouverture moyenne des lèvres des fissures matricielles et la réduction de la rigidité axiale. Les derniers résultats sont utilisés pour simuler le comportement du composite dans le cas de flexion 4-points. La rigidité de flexion est considérablement réduite par les fissures matricielles accompagnées de délaminations. Une approche, basée sur le concept de la rigidité effective du pli endommagé est utilisée. La matrice de rigidité effective obtenue est alors une fonction de la densité des fissures matricielles dans les plis et de la longueur de délamination développée entre les plis du stratifié. La rigidité effective est utilisée pour déterminer la rigidité de flexion pour le stratifié endommagé. La courbature ainsi calculée est en bon accord avec celle obtenue par une modélisation 3D FEM dans le cas de la flexion 4-points ou il y a les deux modes d’endommagement
Aerospace industry is devoted to improving the aircraft performance while reducing its weight and limiting the emissions. Part of this objective can be accomplished with the use of high-performance long fibre reinforced polymer laminated composites. Being the first mode of damage under loading, intralaminar cracks initiate at the free edge of the off-axis plies and propagate along the respective fibre orientation. While these cracks grow as tunnels and increase in number, at some point two close cracks in plies of different off-axis orientation could intersect forming an envelope with the free edge. As loading continues, local delamination is expected within this envelope. The evolution and interactions of the different damage modes and the accumulation of damage under a specific loading are crucial in order to have a good understanding of the mechanisms and hence an accurate prediction of the mechanical properties´ degradation. This thesis is devoted to initiation and evolution of intralaminar cracking in plies and interlayer delamination in composite laminates. In the first part, quasi-isotropic Carbon Fibre/ Epoxy non-crimp fabric (NCF) laminates were studied under both quasi-static and cyclic loadings. The objective was to develop an efficient testing methodology for statistical damage evolution determination in Fatigue. The sequence of damage occurrences (intralaminar cracks in the different layers, delaminations at the different interfaces) loaded under quasi-static and tension-tension fatigue is first captured. To save characterisation time and costs, a simple model for predicting intralaminar cracking in laminates under cyclic loads was proposed and validated under low stress cyclic loads and low crack density. The model is based on Weibull distribution for the probability of cracking where part of parameters is obtained in quasi-static tests and part in a limited number of cyclic tests. The predictions of dependency of the cracking on the stress and number of cycles are validated against experimental observations of cracking in the 90-plies of quasi-isotropic NCF laminates as well as in tape based cross-ply laminates. In position where intralaminar cracks meet the specimen edge, local delaminations initiate due to the high 3D stress state. The delamination is further assisted by cracks in other off-axis plies, usually linking them. The average delamination length dependence on loading parameters is characterized and linked with the extent of the laminate stiffness reduction, showing using a simple ply-discount analysis that delaminations are the main reason for very large axial modulus reduction. In the second part, local delaminations and their effect on laminate stiffness are analysed using FEM. Expressions for the crack opening displacement (COD) determined using FEM are obtained and a modelling approach based on GLOB-LOC is performed for intralaminar crack case with local delaminations starting from the intralaminar crack. The delamination length is used as a parameter and studies are performed for different materials. Strong effect of delaminations on COD and on the axial modulus of the laminate is found. Finally, the last findings are used to simulate the damaged composite laminate behaviour in 4-point bending test. The bending stiffness of the laminate is significantly reduced by intralaminar cracks with delaminations. An approach, using the concept of the effective stiffness of the damaged ply is used. The so obtained effective stiffness matrix is a function of intralaminar crack density in the ply and the delamination length. The effective stiffness is used to calculate the bending stiffness of the damaged laminate. The laminate curvature calculated in this way is in a very good agreement with the curvature obtained in 3-D FEM simulations of the test with explicitly including cracks and delaminations in the model

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Martinez, Figueroa Jésus. "Ténacité dynamique comme indicateur de dommage en fatigue." Thesis, Lille 1, 2015. http://www.theses.fr/2015LIL10142/document.

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Abstract:

L'évaluation du dommage et de l'intégrité des véhicules et des structures ont fait l'objet d'une attention de plus en plus importante au cours des dernières années. La connaissance précise des paramètres dynamiques de rupture est essentielle pour la conception sécuritaire des composants. La configuration de flexion trois points des barres d’Hopkinson a été adoptée pour mesurer la ténacité dynamique. Une étude de ce dispositif est présentée à partir d'un dialogue expérimental/analytique/numérique. Plusieurs aspects importants sont abordés. Notamment, l’évolution de la force transmise des barres à l'éprouvette et son impact sur le Facteur d’Intensité de Contraintes (FIC) au cours de l'essai. Une nouvelle approche a été proposée concernant le transfert des données expérimentales au modèle Eléments Finis afin de calculer le FIC critique. Cette méthode est basée sur une approche de type vitesse. La méthode proposée a été validée sur un composite tissé carbone-époxy dont le comportement est isotrope transverse. Une formulation simplifiée a été proposée pour traiter ce type de matériau. Dans l’objectif de rechercher un indicateur de dommage par fatigue, plusieurs essais ont été réalisées sur l'acier AISI 304 soudés. Les mesures ont été effectuées sur des éprouvettes ayant subies différents taux de dommage par fatigue. Les résultats sont assez intéressant et confirme la possibilité de considérer la ténacité dynamique comme un indicateur de dommage, sous un certain nombre de conditions
Damage evaluation and safety assessment of the structural integrity of vehicles and civil structures have been subject of increased attention in recent years. Nowadays the precise knowledge of dynamic fracture parameters is essential for safe design of components. The special arrangement of Three Point Bending Split Hopkinson Bar has been adopted as a convenient means of measuring the dynamic fracture toughness. In this work, an analysis of this arrangement is presented by means of Finite Element Analysis whose results are compared with the theoretical background and the experimental results. A number of important aspects are approached. Among them, the history of the mechanical force actually transmitted from the bars to the specimen and the evolution of the dynamic Stress Intensity Factor (SIF) during the tests. Instead of obtaining the force, the velocity on the bar’s end is proposed to feed the Finite Element model. Experimentally, the arrangement is used to measure the dynamic fracture toughness of AISI 304 TIG welding specimens. The results of a number of fatigue damage-free specimens are compared with those of specimens previously subject to fatigue damage. The technique is also used to measure the dynamic fracture toughness of a carbon-epoxy woven composite material, considered as transversely isotropic media. Simplified formulae to obtain this parameter compared with isotropic materials are proposed along with the precise follow of the SIF evolution during the tests

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Gauthier, Catherine. "Composites unidirectionnels PET-Verre : relations morphologie, mise en œuvre, propriétés mécaniques." Lyon 1, 1992. http://www.theses.fr/1992LYO10046.

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Abstract:

L'etude presentee concerne la caracterisation microstructurale et mecanique de composites unidirectionnels a matrice thermoplastique polyterephtalate d'ethylene et renfort en fibres de verre e longues. Notre interet s'est tout d'abord porte sur l'etude de la cristallisation de la matrice pet a l'aide des techniques d'analyse thermique (dsc), et de microscopie electronique en transmission (tem). L'objectif vise consistait a degager l'influence de la nature de la matrice (presence d'agents nucleants) et des parametres de mise en uvre (temperature de maintien a l'etat fondu, vitesse de refroidissement) en considerant les deux aspects cinetique et morphologique. Une approche identique a egalement ete appliquee au cas du ruban pultrude pet/verre. Nous avons ensuite realise diverses plaques pet/verre et evalue l'influence des conditions d'elaboration sur les proprietes finales du composite. La caracterisation mecanique a ete envisagee en allant des tres petites deformations (analyse mecanique dynamique) vers les plus grandes deformations jusqu'a rupture (mesures mecaniques statiques, mecanique lineaire de la rupture). Le comportement a long terme a egalement ete apprehende a l'aide d'un test de fatigue par flexion 3 points. L'optimisation des proprietes mecaniques et de fatigue nous ont conduit a choisir un systeme nuclee et un mode de mise en uvre

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Dorvaux, Mariette Moevus. "Mécanismes d'endommagement, émission acoustique et durées de vie en fatigue statique du composite SiCf/[Si-B-C] aux températures intermédiaires (<800 °C)." Lyon, INSA, 2007. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2007ISAL0114/these.pdf.

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Abstract:

Le composite SiCf/[Si-B-C], à fibres en carbure de silicium et à matrice auto-cicatrisante, a été développé par Snecma Propulsion Solide pour être utilisé à haute température et en milieux corrosifs. Actuellement, les applications visées dans le domaine de l’aéronautique civile requièrent des durées de vie de l’ordre de 20 000 h, ce qui dépasse les durées d’expérimentation envisageables. De nouvelles méthodes sont donc nécessaires pour faire des prévisions de durées de vie de ces matériaux et valider leur utilisation sur le long terme. Ce travail vise à déterminer quels sont les mécanismes d’endommagement contrôlant la durée de vie du composite aux températures intermédiaires (<800°C), et à mesurer les cinétiques de ces mécanismes pendant les essais de fatigue statique. Pour cela, la technique de l’émission acoustique (EA) a été utilisée. Une procédure de classification des signaux d’EA a été développée, de manière à différencier les signaux provenant de différents mécanismes (fissuration matricielle, décohésion interfaciale, ruptures de fibres). Cette méthodologie a été mise au point sur des matériaux modèles de plus en plus complexes : mèches de fibres, minicomposites, monostrates. Elle a ensuite été utilisée et validée pour le matériau composited’architecture industrielle sollicité à température ambiante. Des essais de fatigue statique ont ensuite été réalisés entre 450°C et 750°C dans le but de déterminer des durées de vie courtes (< 1000 h), de tracer un diagramme de durées de vie et d’analyser le processus de dégradation à chaud. Plusieurs indicateurs de l’endommagement ont été enregistrés en temps réel : la déformation, le module d’élasticité (mesuré à partir des boucles d’hystérésis des cycles de charge-décharge), le nombre de signaux d’EA enregistrés. Un critère simple basé sur l’activité acoustique a été mis en évidence, il permet de détecter environ la demi-vie d’une éprouvette en cours de sollicitation de fatigue statique. Ce critère pourrait permettre d’interrompre les essais avant la rupture tout en ayant une bonne estimation de la durée de vie restante de l’éprouvette. Cela est particulièrement intéressant dans le cas des essais de longue durée (< 5000 h), qui sont très coûteux mais nécessaires pour faire des prévisions de durées de vie très longues (20 000 h). La classification des données d’EA permet d’isoler les signaux provenant des ruptures de fibres, et donc de mesurer la cinétique de ces ruptures. La durée de vie étant contrôlée par la dégradation du renfort fibreux, cela ouvre des perspectives très intéressantes pour une modélisation de la dégradation du composite et de nouvelles méthodes de prévision de durées de vie
The SiC/[Si-B-C]] composite has been developed for specific applications under high temperatures and corrosive environments. The envisioned applications in civil aircraft engine is require very long lifetimes (20 000 h), which cannot be measured experimental y. New methods are thus necessary to predict lifetimes of this composite. This study aims at determining the damage mechanisms limiting the composite's lifetime at intermediate temperatures. The acoustic emission (AE) technique was used to measure the damage kinetics during Static fatigue experiments. A methodology for AE signals clustering has been developed, in order to separate the signals coming from different damage mechanisms: matrix cracking, interfacial deboning sliding fiber failure. This methodology was first drawn up with ae data recorded during experiments on model materials. Then it has been applied and validated in the case of the 3d composite tested at room temperature. Static fatigue experiments were performed at temperatures in the range [450•c-750•c], in order to Determine short lifetimes and to plot a lifetime diagram as a function of the applied stress. The Degradation mechanisms were analyzed. Several damage indicators were measured during the tests: The strain, the elastic modulus and the number of AE signals. A basic criterion has been proposed for Lifetime prediction: it is possible to detect minimum of the acoustic activity, during a static fatigue experiment, at nearly 60% of the time to failure. The AE signals of fiber failures have been successfully identified. The kinetics of fiber failures could be used to model the composite's degradation and to predict lifetimes

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Esmaeillou, Bardia. "Approche cinétique du comportement en fatigue du Polyamide 66 renforcé par 30% de fibres de verre." Phd thesis, Paris, ENSAM, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00603374.

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Abstract:

Pendant ce travail, nous avons étudié le comportement en fatigue d'un polyamide 66 chargé de fibres de verre. Ce matériau a de nombreuses applications où il subit des sollicitations dynamiques, comme les pièces sous capot d'un véhicule. La compréhension des micro-mécanismes qui gouvernent le comportement de ce matériau en fatigue joue un rôle essentiel dans la conception de ces pièces. Dans le but d'observer l'influence de la direction de sollicitation par rapport à l'orientation des fibres ainsi que le rôle de l'interface, deux types de sollicitation ont été choisis : La sollicitation en Flexion Alternée et la sollicitation en Traction- Traction. Pour les ces deux types de sollicitation, la température de surface augmente pendant les tests. Les résultats montrent que cette augmentation dépend du niveau de chargement et de la fréquence. Les courbes de Wöhler se rejoignent et la température induite par l'auto-échauffement à ce point de jonction augmente pour les deux essais avec une allure identique. Pendant la période d'amorçage des fissures en flexion alternée, nous n'avons pas observé de changement macroscopique des propriétés de l'éprouvette, densité, taux de cristallinité, température de transitions vitreuse et module d'élasticité. Un temps de repos à proximité de la rupture permet de relaxer les micro-défauts et d'augmenter le nombre de cycles à la rupture. La durée de vie a été modélisée pour le polyamide 66 et son composite.

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Goutal, Caroline. "Dimensionnement en fatigue en présence de singularités macroscopiques dans un thermoplastique renforcé fibres de verre courtes (PA66GF50) sous chargements uni- et multi-axiaux." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2020. http://www.theses.fr/2020ESMA0008.

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Abstract:

Dans le contexte environnemental actuel, l’industrie automobile cherche à réduire les émissions de CO2 tout en gardant des puissances équivalentes de véhicules. Un des solutions est d’alléger les véhicules. Cette thèse CIFRE, portée par Solvay Engineering Plastics en collaboration avec Vibracoustic, s’inscrit dans ce contexte. Elle concerne la tenue en fatigue de pièces injectées en Polyamide 6.6 renforcé par 50% en masse de fibres de verre courtes, et plus précisément la prise en compte des effets induits par des chargements multi-axiaux et la présence de singularités géométriques dans le dimensionnement en fatigue. L’étude est menée sous un conditionnement fixé de température (80°C) et d’humidité relative (50%) représentatif de l’environnement moteur. Pour répondre à l’objectif précité, une méthode complètement intégrée, depuis la simulation d’injection jusqu’à la prédiction de durée de vie par critère de fatigue (Through Process Modelling (TPM)), est utilisée. Une spécificité concerne le calcul de la réponse mécanique en chaque point, à partir d’une approche multi-échelle prenant en compte la viscoélasticité de la matrice et l’orientation des fibres issue du procédé. Le critère de fatigue retenu est un critère en énergie dissipée. Le « Fatigue Indicator Parameter » (FIP) du critère est ici assimilé à l’aire de boucle contrainte-déformation en régime stabilisé, obtenue par post-traitement des champs mécaniques en chaque point de la structure.Après identification inverse de la loi de comportement de la matrice, une première partie du travail s’intéresse, sur éprouvettes lisses, à l’optimisation du degré de discrétisation de l’éprouvette dans l’épaisseur et au choix de la méthode d’identification du critère de fatigue.La méthode est ensuite appliquée à une large base de données expérimentale, construite pour les besoins de l’étude,et impliquant des éprouvettes et des chargements de complexité croissante. Dans un premier temps, le cadre est celui de chargements uniaxiaux en traction sur éprouvettes lisses (avec différentes orientations préférentielles des fibres), sur tubes puis sur éprouvettes entaillées. Puis, on s’intéresse à des chargements en cisaillement sur éprouvettes papillon et de torsion sur tubes, et enfin à des chargements de traction-torsion combinés sur tubes.Pour les différents chargements et degrés de singularité, le travail porte sur la définition d’un volume autour de la singularité sur lequel intégrer le FIP en entrée du critère de fatigue. La définition repose sur l’analyse des gradients mécaniques. Les durées de vie simulées avec la méthode TPM, associée à la définition proposée du volume d’intégration,sont ainsi proches des valeurs expérimentales dans une très grande majorité des configurations étudiées
In the current environmental context, the automotive industry looks for reducing CO2 emissions while keeping vehicles power. To this aim, a solution is to lighten the vehicles. In this context, this Ph.D. thesis, supported by Solvay Engineering Plastics in collaboration with Vibracoustic, deals with fatigue resistance of injected parts in Polyamide 6.6reinforced by 50% wt. of short glass fibers, and attempts to take into account the effects of multiaxial loadings and geometrical singularities into a fatigue design methodology. The study is conducted for a given conditioning(RH50%,T80°C) representative of the atmospheric conditions experienced by motor mounts. A fully integrated numerical approach from injection simulation to lifetime prediction by a fatigue criterion, named Through Process Modelling (TPM), is used. One TPM specificity lies in the calculation of the local mechanical response at each point of the part from a multi-scale approach considering the matrix viscoelasticity and the fibers orientation due to the injection process. The fatigue criterion selected is a dissipated energy one. It is based on a “Fatigue Indicator Parameter” (FIP) assimilated to the stress-strain loop area in the stationary regime and obtained by post-treatment of mechanical fields at each point of the part.First, the matrix constitutive law is identified by reverse engineering. Then, the question of the discretization to be adopted in the thickness of an injected part is addressed on smooth samples, and the identification strategy of the fatigue criterion is defined. Subsequently, TPM is applied to a large fatigue database, specifically built for the study, and involving samples and loadings with increasing complexity. Uniaxial tension loadings are studied, firstly on smooth samples (with different fibers orientations), then on pipes, and finally on notched samples. Shear loadings on butterfly samples and torsion loadings on pipes are studied. At last, pipes under combined tension-torsion are considered. For each loading and each singularity level, attention is paid to the definition of a volume around the singularity onwhich the FIP should be spatially averaged. The definition relies on the mechanical gradients analysis. The TPM provides thus lifetimes predictions close to experimental ones in most of the studied configurations

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Roudet, Francine. "Comportement en flexion trois points avec cisaillement prépondérant de composites verre-époxyde unidirectionnels : sous chargements monotone et cyclique." Lille 1, 1998. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/1998/50376-1998-439.pdf.

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Abstract:

Deux matériaux composites unidirectionnels verre/époxyde ont été étudiés sous sollicitations monotones et cycliques, sous chargement de flexion trois points avec cisaillement prépondérant (L/h = 7,5). Pour le premier, tant sous sollicitations monotones que cycliques, la rupture se manifeste par un délaminage en mode II dans le plan moyen de l'éprouvette, localisé entre les plots fixe et mobile. Sous sollicitations de fatigue, le critère de durée de vie à 10% de perte de charge (N10%) traduit au mieux la défaillance de l'éprouvette. Les résultats expérimentaux sont exprimés en terme de pseudo-courbe de Wöhler amplitude de flèche appliquée en fonction de N10%. La flèche limite d'endurance est définie à l'aide d'un dépouillement statistique de Weibull à 2 paramètres. L'endommagement de matage sous les différents plots est pris en compte pour modéliser la courbe de Wöhler (εmax = A-B. LogN10%). Les faciès de rupture sont observés par microscopie électronique à balayage et révèlent un grand nombre de micromécanismes de rupture. L'étude en fatigue du second matériau, dans deux configurations d'orientation, ne nous a pas permis de conclure clairement sur l'hypothèse d'isotropie transverse, les différences observées, étant plutôt attribuées à des effets «structure» qu'à des effets «matériaux». Une bonne cohérence est obtenue entre nos résultats et ceux en cisaillement pur en termes de résistance à la fatigue. Une modélisation numérique par éléments finis et le critère de Tsaï-Hill sous chargement monotone, permettent de définir les zones potentielles d'endommagement. Le modèle de Cui et Wisnom est utilisé pour modéliser l'amorçage et la propagation d'une fissure dissymétrique, telle qu'observée expérimentalement.

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Laforet, Adrien. "Rupture différée en fatigue statique aux très hautes températures (800° - 1300°) des fils Hi-Nicalon, des composites Hi-Nicalon/Type PyC/SiC et des composites Hi-Nicalon/Type PyC/B4C." Thesis, Bordeaux 1, 2009. http://www.theses.fr/2009BOR13783/document.

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Abstract:

La rupture différée des fibres SiC de type Hi-Nicalon à l’échelle multifilamentaire, des minicomposites de type Hi-Nicalon/PyC/SiC et Hi-Nicalon/type PyC/B4C a été étudiée à l’aide de moyens d’essais spécifiques et innovants. Des essais de fatigue statique sous air aux très hautes températures (900°C-1300°C) avec mesure des déformations ont ainsi pu être réalisés sur ces différents matériaux. Les résultats expérimentaux obtenus (durée de vie, déformation, lois de comportement en traction) ont permis de comprendre et de modéliser les mécanismes responsables de la rupture différée aux différentes échelles : - Les fils Hi-Nicalon rompent par mécanisme de fissuration lente activé par l’oxydation du carbone libre des fibres. Le mécanisme de fissuration est perturbé par la formation rapide d’oxyde SiO2 à partir de 1000°C : pour les faibles contraintes, la cinétique de fissuration lente est ralentie par formation d’oxyde protecteur empêchant l’accès de l’oxygène aux fissures ; pour les fortes contraintes, la rupture des fils est prématurée à cause de collages inter-fibres (fibre-oxyde-fibre). A 1200°C, le mécanisme de fluage semble être à l’origine de la rupture quasi-instantanée du matériau pour des contraintes supérieures à 200 MPa. - Les minicomposites Hi-Nicalon/type PyC/SiC rompent par mécanisme de fissuration lente ralenti par la présence de matrice SiC et par la formation d’oxyde SiO2 limitant l’accès de l’oxygène aux fibres. le mécanisme de fluage est observé à partir de 1200°C mais il n’a jamais été responsable de la rupture du matériau. - Les minicomposites Hi-Nicalon/type PyC/B4C rompent par mécanisme de fissuration lente ralenti par formation d’oxyde B2O3 à 900°C pour les fortes contraintes. Pour les autres températures et pour les faibles contraintes à 900°C le mécanisme de rupture est la diminution rapide du diamètre des fibres à cause de l’augmentation de la cinétique d’oxydation des fibres par l’oxyde B2O3. Des modèles analytiques basés sur ces différents mécanismes permettent de prévoir la durée de vie du matériau en prenant en compte les incertitudes de mesure et la variabilité des résultats de durée de vie
Delayed failure of SiC Hi-Nicalon multifilament tows (500 fibers), minicomposites Hi-Nicalon/type PyC/SiC and Hi-Nicalon/type PyC/B4C was investigated in static fatigue, in air, at high temperatures (900°C – 1300°C) using specific and innovative devices. Static fatigue tests with measure of strain were performed on these materials. The experimental results (lifetime, strain, tensile behavior) have helped to understand and model the mechanisms responsible for the delayed failure at the different scales: - Hi-Nicalon tows rupture is caused by subcritical crack growth mechanism activated by oxidation of free carbon in the fibres. This phenomenon is disrupted by fast oxide SiO2 formation over 900°C: subcritical crack growth kinetic slows down for low stresses because of protective oxide formation which prevents the cracks from oxygen; For high stresses, the lifetime of Hi-Nicalon tows is weaker because of fibers interactions (fiber-oxide-fiber). At last, creep seems to cause the rupture of the tows for stresses over 200 MPa at 1200°C. - Hi-Nicalon/type PyC/SiC minicomposites break by subcritical crack growth slowed down by the SiC matrix and by the SiO2 formation which limit the access of the oxygen to the fibers. Creep occurs at 1200°C but it isn’t responsible of the rupture. - Hi-Nicalon/type PyC/B4C minicomposites break by subcritical crack growth slowed down by the formation of B2O3 oxide at 900°C for high stresses. The rupture is caused by the fast decrease of the diameter of the fibers at the other temperatures and for low stresses at 900°C. The oxidation kinetic of the fibers increases because of the dissolution of silica coating by B2O3 oxide. Analytical modeling was performed to schedule the lifetime of these materials and the variability of the experimental results is studied

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Ivanova, Ivelina. "Comportement mécanique de console courte en béton armé renforcée ou réparée par collage des matériaux composites." Thesis, Reims, 2013. http://www.theses.fr/2013REIMS033/document.

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Abstract:

Ce travail porte sur l'étude du comportement mécanique d'une console courte en béton armé renforcée par collage de tissus en fibres de carbone et en particulier sur l'influence du nombre de couches de tissus en fibres de carbone, du type du renforcement, de l'orientation des tissus composites, du type de tissus en fibres de carbone. Les résultats montrent que la performance de la console n‘augmente pas linéairement en fonction de l'épaisseur de la plaque composite. Il existe une épaisseur optimale de tissus en fibres de carbone. Dans le cas du renforcement sur les deux faces du béton, il existe un nombre de couches optimales. Dans le cas du renforcement par bandage, l'épaisseur de matériaux composites plus intéressants est de trois couches. Par contre, la résistance de la console renforcée dépend fortement de la surface renforcée. Les résultats montrent également que le comportement d'une console renforcée peut être présenté en trois phases: la phase élastique globale, la phase de la propagation de fissures et la phase de l'ouverture des fissures diagonales. Le renforcement de la console permet d'augmenter considérablement la résistance ultime de 20 à 82% et la rigidité de la console. Les ruptures des consoles renforcées peuvent être résumées en cinq modes. En se basant sur les résultats obtenus et les modèles existants, la résistance ultime de la console renforcée et non renforcée a été estimée et analysée. Un modèle basant sur lа théorie de l'endommagement a été développé dans ce travail. L'effet de fatigue sur le comportement et sur la résistance ultime de la console courte renforcée a été également étudié dans ce travail
This study deals with mechanical behaviour of strengthening reinforced concrete corbel by bonding carbon fibre sheet and in particular the influence of the number of layers of carbon fiber fabric, the type of strengthening, the orientation of the composite fabric and the type of carbon fiber fabrics .The results show that the performance of the corbel does not increase linearly with the thickness of the composite plate. There is an optimum thickness of the carbon fiber fabrics. In the case of strengthening on both sides of the concrete, there are an optimum number of layers. In the case of fully wrapped strengthening, the most interesting thickness of the composite is three layers. However, the resistance of the strengthening reinforced concrete corbel depends strongly on the bonded surface.The results also show that the behavior of strengthening corbel can be presented in three phases: the overall elastic phase, the phase of crack propagation and the phase of the opening of diagonal cracks. Strengthening the corbel can significantly increase the ultimate strength from 20% to 82 % and the stiffness of the corbel. The failure of the strengthening corbel can be summarized in five modes.Based on the results obtained and the existing models, the ultimate strength of the strengthening corbel or without strengthening, was estimated and analyzed. A model based on damage theory has been developed in this work. The effect of fatigue on the behavior and ultimate strength of the reinforced concrete corbel has also been studied

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Barbière, Romain. "Comportement en fatigue et optimisation de l’interface d’un composite tissé chanvre/époxy : effet de l’humidité Influence of moisture and drying on fatigue damage mechanisms in a woven hemp/epoxy composite : acoustic emission and micro-CT analysis." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2020. http://www.theses.fr/2020ESMA0016.

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Abstract:

Les composites à renfort d’origine végétale constituent une alternative écologique aux matériaux composites traditionnels tels que les composites à fibres de verre. Cependant, les renforts d’origine végétale sont fortement hydrophiles par rapport à la matrice polymère. Il est donc nécessaire d’étudier l’influence de l’eau sur le comportement mécanique de ces éco-matériaux.Dans ce travail, trois conditionnements ont été mis en place. Le conditionnement Ambiant correspond à l’étude du composite en environnement ambiant : stockage et essais à l’ambiante. Le conditionnement Eau permet d’étudier les échantillons dans des conditions extrêmes d’humidité : les éprouvettes sont saturées en eau puis testées dans une enceinte saturée en humidité. Le conditionnement Séché a pour objectif d’étudier le rôle de la désorption sur les propriétés mécaniques du composite. Des éprouvettes de composite tissé chanvre/époxy de deux orientations, [(0/90)]7 et [(±45)]7, ont été testées en traction et en fatigue suivant les trois conditionnements. Des analyses in situ par émission acoustique et post-mortem par MEB et microtomographie ont été réalisées.Les essais de fatigue ont permis d’établir les courbes de Wöhler pour les deux orientations et les trois conditionnements. Un modèle phénoménologique a été utilisé pour modéliser la durée de vie du composite dans toutes les configurations. Les comparaisons montrent que le conditionnement Eau a une sensibilité à la fatigue plus faible que les conditionnements Ambiant et Séché. La classification des évènements acoustiques a permis d’identifier trois classes correspondant chacune à un type d’endommagement (endommagement matriciel, endommagement interfacial et rupture de fibres). Pour les deux orientations, les résultats ont montré que la proportion en nombre et la cinétique d’apparition de chaque type d’endommagement dépendent du niveau de contrainte maximale appliquée et du type de conditionnement, les endommagements matriciels et interfaciaux étant toujours largement majoritaires. L’analyse microtomographique a montré que les endommagements sont différents selon l’orientation. Cependant, pour chaque orientation, on retrouve le même type d’endommagement pour les trois conditionnements, à différents stades de développement : plus avancé pour le conditionnement Eau, intermédiaire pour le Séché et le moins développé pour l’Ambiant.Pour analyser l’adhésion à l’interface fil/matrice, des tests de fragmentation ont été réalisés sur des éprouvettes monofilamentaires chanvre/époxy. Un moule spécifique a été conçu et développé pour réaliser ces éprouvettes par coulée. Un suivi par émission acoustique couplé à des observations en lumière polarisée a permis de mieux comprendre le phénomène de fragmentation dans ce type d’éprouvettes. Les valeurs de la contrainte maximale de cisaillement à l’interface fil/matrice (IFSS) ont été calculées et les longueurs de décohésion interfaciale ont été mesurées. Les résultats montrent que l’interface fil/matrice est affaiblie après séchage, avec une diminution de l’IFSS de 33%. Pour améliorer l’adhésion à l’interface, un traitement au peroxyde d’hydrogène et un traitement par plasma froid ont été appliqués au renfort de chanvre. Les tests de fragmentation montrent que l’IFSS est presque deux fois plus élevée avec le traitement au peroxyde et trois fois plus avec le plasma, par rapport aux éprouvettes non traitées. Un changement d’échelle a ensuite été effectué en appliquant le traitement au peroxyde d’hydrogène sur le tissu de chanvre. Le comportement en traction et en fatigue des composites chanvre/époxy élaborés avec ce tissu traité a été étudié. Les résultats obtenus à cette échelle ne sont pas satisfaisants. Le traitement par plasma reste donc la voie la plus prometteuse, mais appliquer cette technique à l’échelle d’un tissu est complexe et nécessite de mettre au point un nouveau réacteur
Plant fibre composites are an environmentally friendly alternative to traditional composite materials such as fibreglass composites. However, plant fibres are highly hydrophilic in comparison with the polymer matrix. It is therefore necessary to study the influence of moisture on the mechanical behaviour of these eco-materials.In this work, three conditionings were applied. “Ambient” samples were stored and tested in ambient environment. “Wet” samples were immersed in water until saturation and tested in a climatic chamber at RH97. The objective of the “Wet/Dry” conditioning was to study the role of desorption on the mechanical properties of the composite. Woven hemp/epoxy composite samples with two orientations, [(0/90)]7 and [(± 45)]7, were tested in tension and fatigue according to the three conditionings. In situ analyses by acoustic emission and post-mortem analyses by SEM and micro-CT were carried out.Fatigue tests allowed to determine the Wöhler curves for the two orientations and the three conditionings. A phenomenological model was used to simulate the fatigue life of the composite in all configurations. The comparisons showed that the Wet samples exhibit a lower tensile strength than the Ambient specimens and a lower fatigue sensitivity, while the behaviour of the Wet/dry samples is similar to the Wet conditioning one concerning the tensile strength and similar to the Ambient one concerning the fatigue sensitivity. The classification of acoustic events allowed the identification of three clusters, each cluster corresponding to a type of damage (matrix damage, interfacial damage and fibre breakage). For the two orientations, the results showed that the proportion in number and the kinetics of development of each type of damage depend on the level of the maximum applied stress and on the conditioning. Matrix and interfacial damages are largely the most numerous acoustic events for all the configurations. Micro-CT analysis showed that the damage is different depending on the orientation. However, for each orientation, the same type of damage is observed for the three conditionings, at different stages of development: more advanced for the Wet conditioning, intermediate for the Wet/Dry one and the least developed for the Ambient one.The analysis of the yarn/matrix interface adhesion was performed through fragmentation tests realised on monofilament hemp/epoxy specimens. A specific mould was designed and developed to produce these specimens by casting. Acoustic emission monitoring and observations in polarized light allowed a better understanding of the fragmentation phenomenon in this type of material. The Interfacial Shear Strength (IFSS) values were calculated and the interfacial debonding lengths were measured. The results show that the yarn/matrix interface is weakened after drying, with a decrease in IFSS of 33%. To improve adhesion at the interface, treatments with hydrogen peroxide and non-thermal plasma were applied to the hemp yarns. Fragmentation tests showed that IFSS is almost twice as high with the peroxide treatment and three times higher with plasma, compared to untreated specimens. An upscale was made by applying the hydrogen peroxide treatment to the hemp fabric. The tensile and fatigue behaviour of hemp/epoxy composites produced with this treated fabric was studied. The results obtained at this scale are disappointing. Therefore, the non-thermal plasma treatment remains the most promising solution, but applying this technique at the fabric scale is complex and requires the development of a new reactor

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Loqmane, Hicham. "Études des champs cinématique et thermique pour l’analyse des effets dissipatifs associés à l’endommagement sous des sollicitations statiques et dynamiques simples et multiaxiales des matériaux composites stratifiés." Thesis, Lille 1, 2015. http://www.theses.fr/2015LIL10095.

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Abstract:

Cette thèse s’inscrit dans une démarche originale pour les matériaux composites stratifiés (verre/époxy) consistant à développer des protocoles expérimentaux adaptés aux essais de fatigue classique et aux essais d’auto-échauffement multiaxiaux pour trois types de sollicitations: Traction, cisaillement pur et traction-cisaillement combinés via un montage Arcan. Ces protocoles permettent de traiter des bilans locaux d’énergie et s’appuient sur des techniques d’imagerie qualitative et quantitative, en combinant deux techniques d’imagerie: la première technique concerne la thermographie infrarouge par La méthode de lissage 2D permettant d’étudier séparément les effets dissipatifs, et les effets thermoplastiques. Les effets dissipatifs sont les responsable de l’endommagement par fatigue de la structure. La corrélation d’images digitales a permis d’accéder aux champs cinématiques pour pouvoir estimer l’énergie de déformation localement mise en jeu sur un cycle de chargement, et de la comparer à l’énergie dissipée. Une étude qualitative a été faite sous tomographe pour caractériser les mécanismes de d’endommagement suite à un essai de fatigue pour les trois types de sollicitation
In this thesis the original approach for laminated composite materials (glass / epoxy) of developing experimental protocols adapted to test conventional fatigue and self-heating tests in multiaxial for three types of loading: traction, pure shear and combined tensile shear using Arcan mounting. This method has been adapted to rapid determination of damage threshold of laminate composites. These protocols allow to deal with local energy balance and are based on qualitative and quantitative image processing techniques. It combines two image processing techniques: Infrared thermography method and digital image correlation. The Infrared thermography method through 2D smoothing allowsstudying separately dissipative effects which are related to for fatigue damage of the structure and thermoelastic effects accompanying self-heating tests. While the digital image correlation gives access to kinematic fields and estimation of the strain energy locally into play on a loading cycle, and compare it to the energy dissipated. A qualitative study was made under tomography to characterize the mechanisms of damage during fatigue testing for the three types of stress

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El, Khoury Rouphaël Samer. "Étude comparative du comportement à l'impact et en fatigue avant et après impact de stratifiés à plis unidirectionnels de type lin/époxy et verre/époxy." Electronic Thesis or Diss., Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2024. http://www.theses.fr/2024ESMA0006.

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Abstract:

Ces travaux de thèse sont réalisés dans un contexte écologique avec l’objectif de développer de nouveaux biocomposites. Les renforts de lin utilisés ont été préparés selon un procédé inspiré de l’industrie papetière. Chaque pli du composite était constitué d’un renfort unidirectionnel à fils de lin retenus entre eux par une fine couche mat de lin agissant comme liant. La projection par centrifugation de fibres courtes de lin sur la couche de fils continus a permis de maintenir les fils parallèles les uns aux autres, sans recourir à de la couture ou du tissage. De plus, pour certains échantillons, le procédé de fibrillation de surface, également issu de l’industrie papetière, a été appliqué sur les fibres courtes avant leur projection. L’objectif de la thèse est d’étudier le comportement à l’impact et en fatigue avant et après impact des composites stratifiés lin/époxy faits du renfort décrit ci-dessus. Une comparaison systématique avec des stratifiés verre/époxy est également effectuée. Deux séquences d’empilement ont été testées : unidirectionnelle [0]8 et croisée [0/90]2S. Des essais d’impact à plusieurs niveaux d’énergie ont tout d’abord été réalisés sur les différents matériaux de l’étude. Les endommagements post-mortem ont été analysés par observation visuelle et par microtomographie. Les résultats ont montré que les deux séquences d’empilement des stratifiés lin/époxy ont une résistance à l’impact légèrement différente et absorbent plus d’énergie que leurs homologues en verre/époxy. Un modèle d’impact par éléments finis a également été développé, permettant, dans une première approche, de retrouver la distribution des endommagements dans l’épaisseur du stratifié. Par la suite, des essais de traction et de fatigue cyclique, de type traction-traction, ont été effectués avant et après impact à 5J. Il a été montré qu’après l’impact la contrainte à la rupture en traction des composites lin/époxy diminue de 25% pour les [0]8 et de 28% pour les [0/90]2S, alors qu’elle reste sensiblement la même pour les composites verre/époxy. Les courbes de Wöhler (S-N) caractérisant le comportement en fatigue ont mis en évidence une meilleure tenue en fatigue pour le stratifié [0/90]2S de lin/époxy que pour l’unidirectionnel. Toutefois, pour une valeur de contrainte donnée, la durée de vie en fatigue est plus élevée pour le composite [0]8. Un modèle phénoménologique de fatigue a été appliqué, permettant de prédire de manière satisfaisante la durée de vie en fatigue des stratifiés après impact. Par ailleurs, un suivi des endommagements via des essais interrompus couplés à la microtomographie a permis d’analyser les mécanismes mis en jeu. Enfin, des essais de traction jusqu’à la rupture ont également été réalisés sur les éprouvettes ayant subi un million de cycles de fatigue sans casser. Les propriétés en traction post-fatigue des stratifiés croisés lin/époxy impactés se sont révélées similaires aux propriétés initiales des essais de traction quasi-statique après impact
This study is conducted in an ecological context with the aim of developing new biocomposites. The flax reinforcements used in this work were prepared with a process inspired by the paper industry. Each ply of the composite consisted of a layer of continuous flax yarns maintained by a thin layer of flax mat used as binder. The centrifugal projection of short flax fibres onto the layer of continuous yarns enabled the yarns to be maintained parallel to each other without the need for sewing or weaving. In addition, for some samples, the surface fibrillation process, which is also a process used in the paper industry, was applied to the short flax fibres before they were projected.The objective of this thesis is to study the impact and fatigue behaviour before and after impact of the flax/epoxy composite laminates made of the reinforcement described above. A systematic comparison with glass/epoxy laminates was also carried out. Two stacking sequences were tested: unidirectional [0]8 and cross-ply [0/90]2S. Low velocity impact tests at several energy levels were first applied on the different materials. Post-mortem damage analyses were performed by visual inspections and by microtomography. The results showed that the two stacking sequences of flax/epoxy laminates had a slightly different impact resistance and absorbed more energy than their glass/epoxy counterparts. A finite-element impact model was also developed, enabling, in a preliminary approach, to retrieve the damage distribution across the thickness of the laminate.Subsequently, tensile tests and cyclic (tension-tension) fatigue tests were carried out on non-impacted and impacted samples at 5J. It was shown that impacted flax/epoxy laminates exhibited a decrease in their ultimate tensile strength of 25% for the [0]8 and 28% for the [0/90]2S, while it remained almost unchanged for glass/epoxy laminates. The Wöhler (S-N) curves characterising the fatigue behaviour showed that the [0/90]2S flax/epoxy laminate performed better than the unidirectional one. However, for a given stress value, the fatigue life is longer for the [0]8 composite. A phenomenological fatigue model was applied, enabling a satisfying prediction of the fatigue life of the laminates after impact. Moreover, damage monitoring through interrupted tests coupled with microtomography enabled the analysis of the damage mechanisms involved. Finally, tensile tests up to fracture were conducted on specimens that had undergone one million fatigue cycles without failure. The post-fatigue tensile properties of the impacted cross-ply flax/epoxy laminates were found to be similar to their initial tensile properties just after impact

Dissertations / Theses on the topic 'Composites à fibres – Matériaux – Fatigue'

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