Dissertations / Theses: 'Matériaux composites Al/D'

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Kraiem, Nada. "Impression 3D de matériaux composites à base de diamant pour des applications de gestion thermique." Electronic Thesis or Diss., Bordeaux, 2024. http://www.theses.fr/2024BORD0129.

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Abstract:

Avec la tendance à la miniaturisation croissante des équipements électriques et à l'augmentation constante de la densité de puissance dans les dispositifs à base de semiconducteurs, la gestion efficace de la chaleur est devenue un enjeu majeur pour les chercheurs. En effet, cette évolution technologique impose des contraintes de plus en plus strictes en termes de dissipation thermique, nécessitant des solutions innovantes pour garantir une meilleure durabilité et fiabilité des composants. Dans ce contexte, l'utilisation de matériaux composites offrant une conductivité thermique élevée et un coefficient de dilatation thermique faible par rapport aux métaux purs est devenue essentielle pour résoudre les problèmes de surchauffe des composants électroniques. L'intégration de matériaux avancés tels que le diamant (D), avec ses propriétés exceptionnelles de conductivité thermique et de dureté, constitue une option privilégiée pour renforcer les matrices métalliques. Toutefois, son incorporation dans les matériaux composites nécessite la création d'une interface D-métal bien définie, à la fois pour éviter la formation de porosité et assurer un transfert efficace des propriétés thermiques. La fabrication additive de matériaux 3D par fusion laser émerge comme une solution prometteuse, non seulement pour la facilité de mise en œuvre de ces composites, mais aussi pour la création de structures complexes dédiées à la dissipation de chaleur. Ces structures jouent un rôle crucial dans l'optimisation de la surface d'échange thermique par convection avec l'air environnant, permettant ainsi une dissipation efficace de la chaleur générée par les dispositifs électroniques modernes.Dans cette étude, l`impression 3D du cuivre (Cu) a été réalisée grâce à l`ajout d`une quantité optimale d’aluminium. Cette approche a permis d'améliorer considérablement la densification de matériaux à base de cuivre, malgré les défis posés par sa forte réflectivité. Par la suite, l'investigation approfondie et l'optimisation de l`impression 3D laser de l'alliage AlSi10Mg, avant et après l'incorporation de D, ont été réalisées. Enfin, une étape cruciale de post-traitement a été optimisée consistant à polir des matériaux composites Al/D par ablation laser.Ce travail a été réalisé dans le cadre d'une collaboration internationale entre l'Université du Nebraska, Lincoln aux États-Unis d'Amérique, et l'Université de Bordeaux en France
With the trend towards miniaturization of electrical equipment and the constant increase in power density in semiconductor devices, efficient heat management has become a major concern for researchers. Indeed, this technological evolution imposes increasingly strict constraints in terms of thermal dissipation, necessitating innovative solutions to ensure better durability and reliability of components. In this context, the use of composite materials offering high thermal conductivity and low coefficient of thermal expansion compared to pure metals has become essential to address overheating issues in electronic components. The utilization of advanced materials such as diamond (D), with exceptional thermal conductivity and hardness properties, stands out as a preferred choice for reinforcing metal matrices. However, its incorporation into composite materials requires the creation of a well-defined D-metal interface, both to avoid porosity formation and to ensure efficient transfer of thermal properties. Additive manufacturing of 3D materials by laser fusion is emerging as a promising solution, not only for the ease of implementation of these composites, but also for the creation of complex structures dedicated to heat dissipation. These structures play a crucial role in optimizing the heat exchange surface by convection with the surrounding air, thus allowing efficient dissipation of heat generated by modern electronic devices.In this study, 3D printing of copper (Cu) was achieved through the addition of an optimal amount of aluminum. This approach significantly improved the densification of copper-based materials, despite the challenges posed by its high reflectivity. Subsequently, in-depth investigation and optimization of laser 3D printing of the AlSi10Mg alloy, before and after the incorporation of D, were carried out. Finally, a crucial post-processing step was optimized, consisting of polishing Al/D composite materials using laser ablation.This work was carried out as part of an international collaboration between the University of Nebraska, Lincoln in the United States of America, and the University of Bordeaux in France

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El, Hage Christiane. "Modélisation du comportement élastique endommageable de matériaux composites à renfort tridimensionnel." Compiègne, 2006. http://www.theses.fr/2006COMP1642.

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Abstract:

Cette thèse porte sur la modélisation du comportement élastique endommageable de matériaux composites à renfort 3D. L'étude s'articule autour de 3 points essentiels: la compréhension du processus d'endommagement, la modélisation analytique et l'étude d'optimisation des architectures des renforts. Les architectures carbones étudiées sont issues d'un tissage orthogonal 3D et de 5 tissages interlock. Ils sont soumis respectivement à une sollicitation de compression et de traction uniaxiale. La corrélation des signaux d'EA aux observations microscopiques permet de faire ressortir l'effet de l'architecture sur les phénomènes d'endommagements. Le comportement élastique endommageable jusqu'à la rupture est décrit à partir d'une dualité entre un modèle analytique d'homogénéisation et le critère 3D de Tsai-Wu, couplé à des critères d'endommagement. Ce modèle prend en compte la particularité géométrique des architectures des renforts. La partie optimisation est dédiée à la minimisation des VER
This thesis is dedicated to the modelling of the elastic damage behaviour composite material 3D reinforced. The study is articulated around three essential points: the comprehension of the damage process, analytical modelling and the optimization of architectures of the reinforcements. The studies of carbon architectures are resulting from an orthogonal weaving 3D and 5 Interlock. They are subjected respectively to compression and uniaxial tension tests. The correlation between signals of acoustic emission and the microscopic observations makes it possible to emphasize the effect of architecture on the phenomena of damages. The elastic damage behaviour until the rupture is described with a duality between an analytical model of homogenization and the criterion 3D of Tsai-Wu, coupled to damage criteria. This model takes into account the geometrical characteristic of architectures of the reinforcements. The optimization part is dedicated to minimization of the REV

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Lascoup, Bertrand. "Analyse et modélisation du comportement mécanique de structures composites sandwichs multi-D." Compiègne, 2005. http://www.theses.fr/2005COMP1585.

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Abstract:

L'objectif de ce travail est d'appréhender les modes d'endommagement d'une structure originale sandwich renforcée par des coutures et d'apporter une aide à la décision sur le choix des paramètres géométriques et matériaux. Cet objectif nécessite à la fois une approche expérimentale et théorique. La partie expérimentale permet de cerner le comportement de ce type de structure face à des sollicitations statiques et dynamiques. Un outil R TM a été créé afin de maîtriser les paramètres de mise en œuvre et mettre en évidence l'influence de la micro-structure des renforts. L'analyse des mécanismes d'endommagement met en évidence l'influence des paramètres géométriques de couture sur le comportement de la structure. Les problématiques issues des efforts inter-laminaires sont atténuées: la fragilité de l'interface âme/peau et le dé laminage dans les peaux sont réduits. La partie modélisation vise la représentation du comportement en utilisant des théories simples et adaptées et cherche à prédire les propriétés de rigidité et de contrainte maximale dans les trois directions. Un outil informatique nommé SANDTEX apporte une aide à la décision au monde industriel
The objective of this work is to apprehend the damaging modes of an original sandwich structure strengthened by stitches and to propose a predictive tool for the choice of the geometrical and material parameters. This objective requires both an experimental and a theoretical approach. The experimental part enables to determine the behavior of this type of structure under static and dynamic stresses. A R TM device was created in order to control the implementation parameters and to highlight the influence of the microstructure of the reinforcements. The analysis of the damage mechanisms highlights the influence of the geometrical parameters of stitches on the behavior of the structure. The problems resulting from the inter-laminar efforts are attenuated: the brittleness of the core/skin interface and delamination into the skins is reduced. The modelling part allows to represent the material behavior by using simple and adapted theories and seeks to predict the rigidity and the maximum stress in the three directions. A data-processing tool named SANDTEX brings a predictive tool to the industrial world

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Tran, Anh Binh. "Développement de méthodes numériques multi échelle pour le calcul des structures constituées de matériaux fortement hétérogènes élastiques et viscoélastiques." Phd thesis, Université Paris-Est, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00657270.

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Abstract:

Les bétons sont des matériaux composites à la microstructure complexe et constitués de phases dont le contraste des propriétés physiques et mécaniques peut être très grand. Ces matériaux posent des difficultés aux approches macroscopiques lorsqu'il s'agit de maîtriser leurs comportements effectifs comme celui du fluage. Malgré ces difficultés, EDF doit se doter d'outils permettant de modéliser de façon prédictive l'évolution des bétons des ouvrages en service ou de prescrire lecahier des charges des bétons de nouvelles installations. Ayant pour objectif de contribuer à la résolution de ce problème, ce travail de thèse développe des méthodes numériques multi échelle pour le calcul des structures constituées de matériaux fortement hétérogènes élastiques ou viscoélastiques. Plus précisément, ce travail de thèse comporte trois parties. Dans la première partie, nous nous intéressons à un composite constitué d'une matrice élastique renforcée par des inclusionsélastiques dont les formes géométriques peuvent être quelconques et dont la fraction volumique peut être importante. Pour modéliser ce matériau composite, une première approche numérique consistant à combiner la méthode des éléments finis étendus (XFEM) standard et la méthode "level-set" (LS) classique est d'abord utilisée. Nous montrons que cette première approche numérique, qui apparaît naturelle, induit en fait plusieurs artefacts numériques non rapportés dans la littérature, conduisant en particulier à une convergence non optimale par rapport à la finessedu maillage. Par suite, nous élaborons une nouvelle approche numérique ($mu $-XFEM) basée sur la description des interfaces par des courbes de niveaux multiples et sur un enrichissement augmenté permettant de prendre en compte plusieurs interfaces dans un même élément. Nous démontrons au travers des comparaisons et exemples que la convergence est améliorée de manière substantielle par rapport à la première approche numérique. Dans la deuxième partie, nous proposons une nouvelle méthode pour calculer les déformations différées des structures composées de matériaux hétérogènes viscoélastiques linéaires. Contrairement aux approches proposées jusqu'à présent, notre méthode opère directement dans l'espace temporel et permet d'extraire de manière séquentielle le comportement homogénéisé d'un matériau hétérogène viscoélastique linéaire. Concrètement, les composantes du tenseur de relaxation effectif du matériau sont d'abord obtenues à partir d'un volume élémentaire représentatif et échantillonnées au cours du temps. Une technique d'interpolation et un algorithme implicite permettent ensuite d'évaluer numériquement la réponse temporelle du matériau par le biais d'un produit de convolution. Les déformations différées des structures sont enfin calculées par la méthode des éléments finis classique. Différents tests sont effectués pour évaluer la qualité et l'efficacité de la méthode proposée, montrant que cette dernière permet d'avoir un gain en temps de l'ordre de plusieurs centaines par rapport aux approches de type éléments finis multiniveaux. La troisième partie est consacrée à l'étude de la structure de l'enceinte de confinement d'un réacteur nucléaire. Nous prenons en compte les quatre niveaux d'échelles associés à la pâte deciment, au mortier, au béton et à la structure en béton précontraint par des câbles en acier. La méthode numérique d'homogénéisation élaborée dans la seconde partie est appliquée afin de construire les lois de comportement pour chacun des trois premiers niveaux. Les résultats obtenus présentent un intérêt pratique pour résoudre des problèmes posés par EDF

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Ben'MBarek, Talel. "Utilisation d’une méthode optique sans contact pour décrire le comportement mécanique de composites bois/plastique ‘WPC’." Thesis, Pau, 2011. http://www.theses.fr/2011PAUU3035/document.

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Abstract:

Dans cette étude, les propriétés mécanique et la microstructure du polyéthylène à haute densité (PEHD)/ fibres de bois (Pinmaritime) ont été caractérisés. Le comportement en traction et en flexion 4 points de composites fibres de bois/polyéthylène(WPC) avec et sans additif a été étudié en utilisant des mesures de champs par stéréo-corrélation d’image numériques. Nousavons tout d’abord comparé les mesures de déformation longitudinale par stéréo-corrélation d’image à celles mesurées parextensométrie mécanique au cours d’un essai de traction simple uni-axial. Les valeurs de déformation macroscopiquemesurées sont comparables à celles obtenues par extensométrie mécanique classique. Quatre formulations ont été testées(avec ou sans l'additif et avec 10% ou 30% de bois) au travers des essais de traction et flexion 4 points en utilisant laméthode par stéréo-corrélation d’image. Nous avons pu ainsi corréler la visualisation combinée des images enregistrées parles caméras au comportement mécanique ainsi qu’aux modifications des surfaces des composites. Les résultats ont montréque les singularités au niveau de la surface des échantillons ainsi que la présence des fibres de bois (dans les proportionsutilisées durant nos essais) n’ont pas d’effets sur la qualité du composite. La stéréo corrélation d’images nous permet d’avoirune information précise sur le cisaillement tant d’un point de vue quantitatif que qualitatif. L’essai cyclique a été utilisé pouranalyser l’endommagement du composite. Les courbes en traction et flexion ont montré un comportement global non linéaire. Le module d’élasticité (MOE) est évalué par la tangente à l’origine d’un modèle de Maxwell-Binhgam ajusté paroptimisation sur les courbes expérimentales. Les cartographies fausses couleurs du champ de déformation du WPC ont étéprésentées. D’autre part, on a analysé le comportement endommageable et le degré d’hétérogénéité pour différentspourcentages de bois à l’aide des valeurs de l’écart type spatial du champ de déformation longitudinale. Par cette technique,nous avons également pu étudier les propriétés mécaniques en traction et en compression à partir d’un essai de flexion 4points. Le second objectif était d’améliorer la performance des liaisons entre les fibres de bois hydrophiles polaires et lamatrice plastique de PEHD hydrophobe non polaire. Pour cette raison, la fibre de bois a été traitée par anhydride maléique depolyéthylène (MAPE) (greffage par copolymérisation) et acétylée (greffage de chaine de carbone). Dans cette partie, nousavons étudié l’effet de MAPE ainsi que la longueur de la chaine de carbone greffée sur les propriétés mécaniques du WPC.Par ailleurs, nous avons pu observer et caractériser la morphologie à l’interface fibre de bois/HDPE du WPC greffé enutilisant un microscope électronique à balayage (MEB)
Firstly we have compared longitudinal strenght obtained by stereo correlation with mechanical extensometer forthe same tests. It is shown that macroscopic values of the longitudinal strain are closed to those measured bymechanical extensometers using standard mechanical tests. Four injected WPC formulations (with or withoutadditive and with 10% or 30% of wood) are consider. WPC surface particularities and wood fibers distributionon samples have no effect on WPC mechanical performances. Also 3D digital image correlation givesinformations on Tensile performances (from quality and quantity point of view). Cyclic tensile tests have beenperformed in order to analyse the damage of material. A non-linear behaviour is shown. The Modulus ofElasticity (MOE) is provided by a Maxwell-Bingham model fitted to the experimental tensile curves. Color mapsof the spatial strain distribution are commented. Moreover, the damage behaviour and the degree ofheterogeneity for several percentages of fibre wood-based WPC are analysed thanks to the spatial standarddeviation of the longitudinal strain field. With this technology it was possible to study of the mechanicalproperties in tensile and compression during four bending test. The second objective was to improve the linkbetween PEHD matrix and wood fibres because of the incompatibility between the polar hydrophilic wood fibresand the non-polar hydrophobic polyethylene. For this reason, the wood fibre was treated by maleic polyethyleneanhydride (MAPE) (grafting by copolymerization) and was acetylated (grafting of carbon chain). In this part, theeffect on the mechanical properties, of maleic anhydride modified polyethylene (MAPE) and of the length of thecarbon chain graft (CCG) between a (HDPE) matrix and wood fiber is studied. Furthermore, Scanning ElectronMicroscope (SEM) is used to characterize the morphology of the wood fibre / HDPE matrix interface forspecimens with carbon chain grafted

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Leloup, Jean-Michel. "Matériaux composites conducteurs protoniques." Montpellier 2, 1993. http://www.theses.fr/1993MON20219.

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Abstract:

Ce travail concerne l'elaboration et l'obtention de materiaux capables de substituer a leurs analogues liquides dans des dispositifs de conversion d'energie, en particulier dans le domaine des piles a combustibles. Dans les conducteurs protoniques lamellaires, les conductivites varient en fonction du nombre de molecules d'eau et ces differences proviennent soit du type structural, soit de la nature de l'espece protonee. Les proprietes de conduction de ces materiaux ont ete ameliorees par la formation de composites avec des diluants solides inorganiques (alumine, silice, etc. . . ). Les resultats obtenus en utilisant de l'alumine, de granulometrie 0,04 micrometre sont comparables a ceux reportes pour des systemes ioniques similaires (augmentation de conductivite comprise entre un et plusieurs ordres de grandeurs). Dans une autre approche, les polyoxocations d'aluminium (ions de keggin ou all3) ont ete inseres dans les dihydrogenophosphates de zirconium et d'etain. Les proprietes de conduction de ces materiaux (0,005 s/cm, 60% humidite relative), bien que d'un ordre de grandeur moins eleve que la conductivite des membranes perfluorees de type nafion, permettent leur utilisation dans une pile a combustible au methanol travaillant a 100% humidite relative et 80#oc. Ces materiaux sont utilises alors dans une membrane composite materiau protonique mineral-polymere organique (polyacrylate) mise en forme par serigraphie. A 100% d'humidite relative et 100#oc, la conductivite de la membrane est de 0,006 s/cm

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Kchit, Nadir. "Piézorésistivité des matériaux composites magnétorhéologiques." Nice, 2008. http://www.theses.fr/2008NICE4075.

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Abstract:

Nous avons étudié la conductivité de matériaux composites formés de particules micrométriques de nickel, dispersées dans une résine réticulable à base de silicone en fonction de la pression appliquée, de la température et du champ magnétique. Ces particules sont alignées suivant la direction du champ magnétique appliqué au cours de la réticulation de l'élastomère, effectuée soit à température ambiante, soit à 80 °C. Nous avons trouvé que les échantillons structurés réticulés à température ambiante ne sont pas conducteurs à pression nulle mais sont très sensibles à la pression appliquée. En effet, leur résistivité peut varier de quelques G pour une pression nulle à quelques pour une pression comprise entre 20 et 200 kPa selon la nature des particules conductrices. Sur ce même type de matériau nous avons également obtenu une très forte magnétorésistance qui varie de plus de quatre ordres de grandeur quand le champ augmente de 0 à 200 kA/m. En revanche, les échantillons structurés et réticulés à 80°C présentent une faible résistivité initiale à la fin du refroidissement, et sont beaucoup moins sensibles à la pression appliquée. Nous les avons utilisés pour étudier la thermorésistance: en chauffant ces échantillons leur résistance augmente de quelques à quelques G. Nous avons développé un modèle pour prédire le comportement piézorésistif de ces matériaux qui prend en compte la rugosité de surface et l'épaisseur de la couche d'oxyde. Par le biais de ce modèle, nous avons caractérisé l'épaisseur résiduelle d'élastomère entre particules et le comportement de cette couche de surface lors d'une sollicitation mécanique
We have studied the conductivity of the composite material made of micron-sized nickel particles embedded in a silicone elastomer matrix in response to the applied pressure, temperature and magnetic field. The composite was cured at 80°C or at the ambient temperature and in the presence of an external magnetic field, in such a way that the magnetic particles formed structures aligned with the field. The samples cured at room temperature appeared to be non-conductive at zero pressure but very sensitive to the applied pressure. The resistance of these samples can vary from a few G at zero pressure to a few for a pressure ranging between 20 and 200 kPa, depending on the nature of conductive particles. For the same type of the composite, we have also obtained a very strong magnetoresistance - more than four orders of magnitude variation in resistance for a field ranging between 0 and 200 kA/m. However, the samples structured at 80°C show a low initial resistance at the end of cooling, and are much less sensitive to the applied pressure. We used these samples to study the thermoresistance: while heating, the resistance increases from a few to a few G We have developed a model to predict the behavior of these piezoresistive materials, which takes into account the surface roughness and the thickness of the oxide layer. Using this model, we characterized the residual thickness of the polymer layer between particles as well as the behaviour of such surface layer in the presence of a mechanical stress

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Monteiro, Eric. "Contributions aux méthodes numériques pour traiter les non linéarités et les discontinuités dans les matériaux hétérogènes." Phd thesis, Université Paris-Est, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00601050.

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Abstract:

Motivé par l'étude de tissus biologiques, ce travail contribue aux développements d'outils numériques permettant de prédire la réponse mécanique de matériaux hétérogènes non linéaires dans lesquels les énergies d'interfaces deviennent prépondérantes. Ainsi, une méthode d'homogénéisation multi échelle combinée à une technique de réduction de modèle basée sur la décomposition orthogonale aux valeurs propres est proposée dans un cadre thermique et hyperélastique. Les énergies d'interfaces entre les différentes phases des composites sont décrites par un modèle d'interface cohérent et prises en compte numériquement par une approche liant la méthode des éléments finis étendus et la méthode level-set. Une étude de l'étalement d'une cellule vivante entre deux lamelles fixes est ensuite réalisée. Les deux modèles utilisés pour les simulations montrent que l'assemblage cortex d'actine-membrane plasmique ne joue qu'un rôle minime dans la réponse mécanique cellulaire

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Grange, François. "Matériaux composites pour antenne miniature intégrée." Phd thesis, Université Rennes 1, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00601825.

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Abstract:

Les antennes électriquement petites, c'est-à-dire de petite taille comparée aux longueurs d'ondes de fonctionnement, font depuis de nombreuses années l'objet de divers travaux de développement. Permettre leur intégration dans les objets communicants, dont les dimensions sont souhaitées toujours plus réduites, constitue désormais un des défis actuels les plus importants des concepteurs de dispositifs électroniques miniaturisés. La multiplication des standards de communication renforce ces besoins d'intégration et de miniaturisation puisqu'aujourd'hui près d'une dizaine d'antennes peuvent être amenées à cohabiter sur un même terminal mobile par exemple. L'antenne est ainsi située dans un environnement relativement complexe qui va affecter ses performances. Pour répondre à cette problématique, les travaux de recherche sur de nouveaux matériaux aux propriétés physiques artificielles (souvent appelés matériaux composites ou méta-matériaux) se sont intensifiés ces dernières années grâce notamment aux progrès de la micro-électronique permettant leur réalisation. Par ailleurs, les nouvelles propriétés attractives de matériaux magnétiques naturels à forte perméabilité et à faibles pertes, sur une gamme de fréquence pouvant s'étendre jusqu'à la dizaine GHz, ont d'ores et déjà ouvert une voie prometteuse d'investigation pour les concepteurs de composants hyperfréquences. La thèse propose d'étudier ces deux famillles de matériaux originaux pour les appliquer à la problématique d'intégration d'aériens et optimiser les performances d'antennes miniatures dans leur contexte de fonctionnement.

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Lei, Yannick Ruani. "Matériaux composites électroactifs à porosité contrôlée." Montpellier 2, 2009. http://www.theses.fr/2009MON20074.

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Abstract:

Parmi les systèmes de stockage de l'énergie électrique, les dispositifs électrochimiques sont intéressants car ils convertissent l'énergie chimique en énergie électrique. Nous pouvons citer les supercondensateurs et les batteries Li-ion qui possèdent une densité de puissance élevée et une bonne densité d'énergie, respectivement. Ce travail de thèse a été axé sur la préparation de matériaux composites d'électrode MnO2/C pour supercondensateur, SnO2/C pour batterie Li-ion et la synthèse de SiC poreux. A partir d'un carbone mésoporeux (900m2/g) synthétisé par voie template, le dépôt de matériau actif est réalisé par (co-)précipitation. En ce concerne le composite MnO2/C, les performances électrochimiques suivent deux comportements distincts selon la teneur en MnO2 dans le matériau. Un optimum dans la teneur a été observé pour l'obtention d'un maximum de capacité (900F/g). Pour les batteries Li-ion, le carbone contient l'expansion volumique induite par la lithiation de SnO2 dans le cas matériau composite SnO2/C. Cependant, l'électrode de SnO2 pur n'a pas donné les résultats escomptés. La synthèse de SiC poreux a procède par la réduction d'un composite SiO2/C par magnésiothermie à 800°C pendant 24h. Le matériau obtenu est une réplique inverse de la structure de la silice
Among all systems for electrical storage, electrochemical devices are interesting because they turn chemical energy into electrical energy. Supercapacitor and Li-ion battery have high power density and good energy density, respectively. The topic of the present work is the preparation of composite electrode material MnO2/C for supercapacitor, SnO2/C for Li-ion battery and synthesis of porous SiC. This could be achieved starting by the synthesis of mesoporous carbon (900m2/g) following a hard template method. At first, the evaluation of electrochemical performances of composite electrode material for supercapacitor shows two different behaviours versus the ratio of MnO2. We could observe an optimal ratio for which capacitance was maximal (900F/g). Secondly, the volumic variations occurring while charge/discharge of SnO2/C electrode materials are contained by the carbon matrix. In spite of limited electrochemical performances for pure SnO2 electrode material, the cyclability of SnO2/C electrode materials is enhanced. At last, the synthesis of porous SiC can be achieved by the thermal reduction of SiO2/C composite using Mg as reducing agent. The as-prepared material is a replica of silica template

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Leroux, Julien. "Modélisation numérique du contact pour matériaux composites." Phd thesis, INSA de Lyon, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00961209.

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Abstract:

Les aubes de turboréacteurs sont aujourd'hui sujets à de nouvelles technologiques novatrices : les matériaux composites tissées 3D. Ces modifications matériaux permettent des réductions de masse significatives, et conduisent à des performances énergétiques et environnementales accrues. Ces structures tissées possèdent généralement des architectures complexes et requièrent une bonne caractérisation mécanique. Des outils de modélisation textile et d'homogénéisation ont été développés, la géométrie et les propriétés physiques de l'architecture tissée y sont analysées. Toutefois, il est important de prévoir les endommagements engendrés dans ces matériaux au niveau des zones de contact soumises à du fretting. En effet, les pieds d'aubes de turboréacteurs font face à des sollicitations de type fretting. Il en résulte deux types d'endommagements : l'amorçage et propagation de fissures et l'usure des surfaces en contact. Quantifier ces endommagements requiert une analyse fine du contact à partir d'un outil de calcul à la fois robuste et rapide. Pour mener à bien cet objectif, un code semi-analytique permettant aujourd'hui de traiter des problèmes hétérogènes de contacts élasto-plastiques est développé. La méthode d'inclusion équivalente proposée au sens d'Eshelby est utilisée dans le solveur de contact pour décrire l'effet des hétérogénéités (cavités, inclusions, fibres ou torons). L'un des corps en contact peut contenir de multiples hétérogénéités de formes parallélépipédiques, ellipsoïdales, et ses formes dégénérées (ellipsoïde oblate, ellipsoïde prolate, sphère, cylindre, disque plat,...). Cette méthode est modifiée et améliorée afin de prendre en compte les influences mutuelles entre les inclusions hétérogènes voisines, et la décohésion à l'interface hétérogénéité/matrice. Un premier couplage avec un modèle de contact aube/disque Eléments Finis permet de prendre en compte les effets de structures. Cette méthode est analogue à un zoom structural lorsqu'un maillage fin est nécessaire dans des zones de contact à fort gradient de contraintes soumises à un endommagement de type fretting. Un second couplage avec le logiciel WiseTex permet de décrire la géométrie réelle du tissage du composite, les propriétés matériaux des fibres et de la matrice. Une segmentation fine du modèle permet de discrétiser les mèches en de multiples hétérogénéités ellipsoïdales équivalentes et d'appliquer la méthode d'inclusion équivalente modifiée. A partir de cette mise en donnée d'un matériau composite tissé revêtu, des calculs de contact tridimensionnel multiéchelle en situation de fretting sont réalisés avec succès.

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Talbot, Philippe. "Introduction à l'étude des matériaux magnétiques composites." Brest, 1993. http://www.theses.fr/1993BRES2010.

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Abstract:

Ce travail porte sur l'etude des proprietes magnetiques des magnetiques heterogenes. On entend par milieu heterogene (composite) tout milieu obtenu par l'association de plusieurs substances de nature differente. La connaissance du milieu composite s'appuie, d'une part sur la caracterisation du materiau par la mesure de la susceptibilite magnetique complexe et d'autre part sur la modelisation de ce milieu a l'aide d'outils mathematiques. Pour la caracterisation en regime quasi-statique, nous developpons plusieurs techniques de mesure, faible et large bandes adaptees a des echantillons de forme et de nature differentes (batonnets, disques, anneaux; solide ou liquide), toutes basees sur la methode du transformateur. Ces dispositifs de mesure, tres sensibles (methodes de la transition ferromagnetique/paramagnetique et de la bobine plate) ou a usage industriel (methode du pot magnetique) ou a tres large bande (methode du transformateur coaxial: 10 hz: 200 mhz) nous offrent un large eventail de moyens de caracterisation des materiaux magnetiques heterogenes dans le domaine des frequences basses et moyennes. La caracterisation hyperfrequence qui s'etend de 300 khz a 5 ghz, est realisee par une extension de la methode du transformateur coaxial precedemment citee. La limite frequentielle de validite du dispositif de mesure est discutee en fonction des dimensions de la cellule et de la nature du materiau a etudier. Il est montre que les materiaux magnetiques composites sont le siege d'effets demagnetisants qui leur apportent des avantages indiscutables, par rapport aux materiaux massifs (ferrites), sur le plan de la stabilite thermique et celui du comportement dynamique. La meilleure connaissance du milieu magnetique heterogene necessite sa modelisation. Il existe dans la litterature scientifique pres de 40 modeles mathematiques. Nous presentons deux d'entre eux: le modele de maxwell-garnett et celui de bruggeman. Les resultats experimentaux sont nettement en faveur du second

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FADEL, LARBI. "Etude par frottement interne des matériaux composites." Poitiers, 1993. http://www.theses.fr/1993POIT2268.

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Abstract:

Le frottement interne de differents types de materiaux composites a ete etudie sous diverses sollicitations (flexion ou torsion) en fonction de la frequence (10##4 hz-150 hz) entre l'ambiante et 820 k. Des mesures en fonction de l'amplitude maximale de vibration ont permis de caracteriser un endommagement mecanique ou structural (cyclage, sechage, humidification) de divers composites a matrice organique. Dans le cas de composites a matrice vitroceramique, un pic lie a la partie vitreuse de la matrice a ete mis en evidence. La variation de la forme de ce pic avec la temperature de mesure conduit a l'expliquer a l'aide d'un modele de mecanismes elementaires de relaxation correles. Un pic de relaxation de haute temperature a ete mis en evidence sur un composite a matrice metallique (alliage d'aluminium 2024) renforce par des whiskers de sic. Ce pic a ete attribue a des mouvements de segments de dislocations au sein d'amas situes autour de chaque whisker. Ce pic de relaxation est absent sur des echantillons sans renfort, ou par contre a ete mis en evidence un important effet de frottement interieur attribue a une interaction dislocations-precipites

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Fonblanc, Gilles. "Mousses syndactiques : matériaux composites pour grandes profondeurs." Bordeaux 1, 1986. http://www.theses.fr/1986BOR10517.

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Abstract:

Etude d'une matrice a base de resine epoxyde et d'un durcissant amine; choix de la charge de type microspheres de verre; caracterisation mecanique du composite formule; tenue a l'eau de la mousse syntactique

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Hassler, Ulf. "Tomographie X bi-énergie de matériaux composites." Grenoble INPG, 1997. http://www.theses.fr/1997INPG0049.

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Abstract:

La tomographie x bi-energie permet, sous certaines conditions, de reconstruire quantitativement la distribution spatiale de la masse volumique de deux materiaux de base. Nous appliquons cette technique au controle non-destructif de materiaux composites, afin d'obtenir une bonne separation des materiaux de la matrice et des fibres. Dans la premiere partie de cette these, nous presentons les principaux composants d'un systeme de tomographie ainsi que les interactions physiques qui y ont lieu. Nous effectuons une serie de simulations du processus d'acquisition pour determiner l'influence d'un certain nombre de parametres sur les images reconstruites. Afin de reduire le niveau de bruit eleve des densites reconstruites, nous proposons l'application d'une segmentation structurelle de l'objet suivie d'un filtrage selectif. Dans la deuxieme partie, nous etudions une methode de calibration independante de la composition et de la densite des materiaux examines. Cette methode est basee sur la modelisation et l'estimation des proprietes spectrales du systeme d'acquisition. Nous determinons, a partir de mesures de transmission d'un jeu d'objets d'etalonnage, le spectre du rayonnement emis par le tube x et l'efficacite du systeme de detection. Ces proprietes spectrales sont ensuite utilisees pour le calcul analytique des fonctions de separation de la matrice et des fibres. Les resultats experimentaux, obtenus sur un banc experimental de tomographie au cea-leti, montrent la validite de l'approche de calibration proposee. L'inspection de materiaux composites est appliquee sur un echantillon compose de resine d'epoxy avec des fibres de verre. Mots cles : tomographie x bi-energie, double-energie, calibration, estimation de spectres x, efficacite de detection, materiaux composites, controle non-destructif.

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Ratiarisoa, Lisa Barbara. "Etude de matériaux naturels 2D : Potentialités d'utilisation comme renfort de matériaux composites." Thesis, Antilles, 2019. http://www.theses.fr/2019ANTI0393.

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Abstract:

Face à la prise de conscience mondiale de la crise écologique, sociale et économique, lespotentialités de renforcement de composites par un matériau lignocellulosique, naturellement sousforme textile, les gaines foliaires du cocotier Cocos nucifera L. ont été évaluées dans ce travail. Laphase exploratoire de caractérisation des gaines a montré que cette ressource se présente sous laforme d’un textile bidirectionnel composé majoritairement de cellulose. Comparativement auxrenforts végétaux classiques, elle se montre moins hygroscopique, plus légère avec de meilleurespropriétés à la traction dans les directions préférentielles des fibres. Concernant la campagneexpérimentale sur l’impact des traitements, les gaines traitées à la xylanase et à la laccase neprésentent qu’une légère modification chimique de surface. Les fibres pyrolysées se montrent plushydrophobes mais moins résistantes traduisant un endommagement de ces dernières. Les gainestraitées à la chaux présentent une plus grande stabilité thermique. Ainsi, les gaines brutes ont étéretenues pour renforcer les panneaux de particules, la température de mise en oeuvre des panneauxétant inférieure à la température de début de dégradation des gaines non traitées. Le panneaurevêtu sur ses deux faces par la partie haute des gaines brutes constitue le candidat le plusprometteur pour le développement d’éco-isolant thermique. Une partie de ses propriétésmécaniques et physiques satisfait les exigences requises par les normes américaines eteuropéennes. Ses caractéristiques thermiques sont similaires à celles relevées dans la bibliographiepour les panneaux de faible masse volumique à particules lignocellulosiques
Facing the worldwide environmental, social and economic crisis awareness, the possibility ofreinforcing composites by a lignocellulosic textile reinforcement, the coconut leaf sheaths fromCocos nucifera L. was assessed in this work. The exploratory phase of sheaths characterizationhas shown that this resource forms a two-way textile made up of cellulose mostly. In contrast toclassic vegetable reinforcements, it is less hygroscopic, lighter with best tensile mechanicalproperties in preferential fibers directions. About the experimental campaign on the treatmentseffect, xylanase and laccase treated sheaths show a slight surface chemical change. Pyrolysedfibers are more hydrophobic but less resistant translating a damaging of them. Lime treatedsheaths show a higher thermal stability. Thus, raw sheaths were retained to reinforceparticleboards, the temperature of panels manufacture being lower than the start degradationtemperature of the raw sheaths. The two-faces panel covered with raw sheaths top part forms themost promising candidate to develop thermal eco-insulator. Some of its mechanical and physicalproperties fulfill american and european standards. Its thermal properties are similar to the onesnoticed in the bibliography for low density lignocellulosic particleboards

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Reig, Patrice. "Les phyllosiloxydes : de nouveaux matériaux d'interphase lamellaires tout-oxyde pour matériaux composites." Bordeaux 1, 1995. http://www.theses.fr/1995BOR10521.

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Abstract:

Les phyllosiloxydes representent une nouvelle famille d'oxydes lamellaires derives des phyllosilicates naturels. Ils ont ete concus pour etre utilises en tant qu'interphase entre fibres et matrice dans un materiau composite. Les phyllosilicates, bien que de structure a couches et inoxydables, presentent des temperatures de decomposition relativement peu elevees (e. G. 500-700c) du fait de l'existence au sein du reseau de groupements hydroxyles (oh#-). Au travers de substitutions cationiques (m#2#+ m'#3#+ ou n#3#+ n'#4#+), il a ete possible de remplacer totalement les groupements oh#- par des atomes d'oxygenes o#2#- et donc d'aboutir a de nouveaux materiaux tout-oxyde. Leur synthese a ete realisee en mettant en uvre un procede sol-gel suivi d'un traitement solvothermal. Un phyllosiloxyde de composition kmg#2alsi#4o#1#2 isotype du mica phlogopite kmg#3si#3alo#1#0(oh)#2 stable jusqu'a 950-1000c a ensuite ete mise en uvre en tant qu'interphase dans un materiau composite. La presence de l'interphase phyllosiloxyde a permis apres rupture du composite de conduire a la deliaison des fibres de la matrice

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Senghor, Fiacre Djonkone. "Identification des propriétés anisotropes des matériaux complexes : application aux matériaux composites stratifiés." Thesis, Nantes, 2017. http://www.theses.fr/2017NANT4002/document.

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Abstract:

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l’identification des propriétés électriques anisotropes de matériaux composites complexes. Ils visent à contribuer à une meilleure maîtrise de l’impact des paramètres des procédés de fabrications des différentes architectures, des formulations et du pourcentage de renforts, etc., sur le comportement électrique de ces composites. Ils s’inscrivent dans le cadre du projet de recherche FUI ACCEA (Amélioration des Conductivités des Composites pour Équipements Aéronautiques) financé en partie par la région Pays de la Loire. Ce projet a pour but de concevoir un matériau composite multi-fonctionnel d’un nouveau genre à matrice thermoplastique chargée en graphite de carbone qui verrait ses propriétés électriques et thermiques améliorées sans dégrader ses propriétés mécaniques. Dès lors l’une des principales difficultés du concepteur est donc de trouver des outils innovants de mise en oeuvre, pour améliorer les propriétés thermique et électrique de ces composites de manière non intrusive et nondestructive pour leurs propriétés mécaniques avec un moindre coût. C’est dans cette logique que nous proposons dans ce travail de thèse, une approche modélisation et une approche de mesure expérimentale du tenseur de conductivité électrique de ses composites, afin de fournir un outil d’aide à la décision sur le choix de la matrice, de l’armure, du procédé de mise en oeuvre, etc. Une confrontation entre les résultats de simulations et les mesures expérimentales a permis de valider le modèle développé
The works presented in this thesis focuses on the identification of anisotropic electrical properties of complex composite materials. They aim to contribute to a better control of the impact of manufacturing process parameters, different architectures, formulations and fibres filling rate, etc., on the electrical behaviour of these composite materials. They inscribe themselves in the frame of the FUI ACCEA research project funded in part by the region Pays de la Loire. This project aims to produce a multi-functional composite material of a new type of thermoplastic matrix loaded with carbon graphite which would see its electrical and thermal properties improved without degrading the mechanical properties. From then one of the main difficulties of the designer is to find innovative implementation tools, to improve the thermal and electrical properties of these composites non-intrusive and non-destructive to their mechanical properties with less cost. It is in this logic that this PhD work is interested in modelling and experimental measurement of the electrical conductivity tensor of this composites to provide an help to the decision on the choice of matrix, of the weave, the implemented method, etc. The comparison between the simulation and experimental results gives a good concordance

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Coquelle, Eric. "Propriétés élastiques et viscoélastiques de matériaux composites adaptatifs." Phd thesis, Université de Nice Sophia-Antipolis, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00009415.

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Abstract:

Les élastomères magnétorhéologiques sont des matériaux composites actifs, aux propriétés
mécaniques contrôlées par un champ magnétique. Ils sont composés de particules magnétiques,
structurées en chaînes unidirectionnelles au sein d'une matrice élastomère silicone. Les essais sous
champ ont révélé un fort accroissement des propriétés mécaniques : jusqu'à 35kPa pour un module de
62kPa en traction statique, et en dynamique un gain sur E' de 600kPa à ε=1%, qui atteint même
21MPa à ε=10-5 ! Dans ce dernier cas, la structuration en chaînes va de pair avec une nette
augmentation de l'effet Payne et de la dissipation d'énergie, encore accentuée en présence d'un
champ, même modeste (15kA/m). L'hypothèse avancée est un décollement progressif de l'élastomère
des charges sous l'effet des fortes contraintes locales, entre deux particules (en quasi-contact). Pour
faciliter l'étude, un traitement de surface à base de molécules couplantes, fonctionnelles, a été mis au
point. La modélisation a d'abord été effectuée sur un système macroscopique (où tous les paramètres
sont contrôlés), et validée par des simulations par éléments finis (FEM). Une méthode de milieu
effectif prédit le comportement du composites aux charges greffées (avant décollement), tandis qu'une
approche semi-analytique, utilisant un critère de décollement de Griffith, calcule le comportement
viscoélastique du composite MR. La complexité de la microstructure et son évolution ont été évaluées,
sous champ, par des cycles quasi-statiques (aboutissant à des σ de -40kPa à ε=0) et des mesures de
magnétostriction. D'autres propriétés originales peuvent être obtenues : piézorésistivité, bandes
périodiques (guides magnétiques).

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Wassereau, Thibault. "Caractérisation de matériaux composites par problème inverse vibratoire." Thesis, Le Mans, 2016. http://www.theses.fr/2016LEMA1041/document.

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Abstract:

L’usage croissant des matériaux composites dans l’industrie induit de nouvelles problématiques dans des domaines variés,notamment pour la caractérisation non destructive. Les méthodes courantes comme l’analyse modale ou les éléments finis sont rarement adaptées pour représenter la dynamique vibratoire complexe des structures composites ou quantifier leurs caractéristiques viscoélastiques, de nouvelles approches sont nécessaires.Les travaux concernent le développement et l’application d’un formalisme vibratoire inverse local, la méthode RIFF(Résolution Inverse Filtrée Fenêtrée), pour l’étude des matériaux composites multicouches. Ces derniers sont considérés comme homogènes à l’aide de la théorie de Timoshenko, prenanten compte le cisaillement non négligeable de ces matériaux.Une caractérisation fréquentielle et/ou spatiale des paramètres équivalents (modules d’Young E et de cisaillement G, et facteurs de pertes associés) est alors possible, permettant de traduire fidèlement le comportement dynamique des composites et de simplifier leur modélisation en éléments finis.Une seconde approche utilisant un schéma aux différences finies corrigé (méthode RIC) autorise une analyse similaire à partir d’un maillage grossier diminuant fortement les temps de mesure et de post-traitement des données.Enfin, une perspective de détection et d’identification de défauts est envisagée. Grâce à des cartographies des paramètres élastiques et d’amortissements, il semble possible de pouvoir déduire la signature d’un défaut typique. Une discontinuité du module de cisaillement témoignerait de la présence d’un délaminage, la diminution du module d’Young traduirait une rupture de fibres, etc
The increasing use of composite materials in the industry leadsto new challenges in various areas, including non-destructiveevaluation. Common methods such as modal analysis or finiteelements are rarely appropriated to represent the complexvibratory dynamic of composite structures or quantify theirviscoelastic properties, new approaches are then needed.This thesis deals with the development and application of a localinverse vibratory method, called the Force Analysis Technique(FAT), in order to the study multilayer composites. The latterare considered to be homogeneous using the Timoshenko beamtheory, which takes shear effects into account, usually significantfor such structures. A frequency and/or spatial characterizationof the equivalent elastic parameters (Young’s modulus E, shearmodulus G and their associated loss factors) isthen possible to accurately interpret the dynamical behaviourof composite materials and also simplify their implementationin finite element software.A second approach using a corrected finite difference scheme(CFAT method) allows a similar analysis using a coarse mesh,reducing the durations of measurement and post-processing.Finally, a perspective of detection and identification of defects isconsidered. By mean of cartographies of the elastic parameters,it seems possible to infer a signature related to a kind of flaw. Adiscontinuity of the shear modulus would attest the presence ofdelamination while a reduced Young’s modulus could indicate afibre breakage, etc

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Lin, Yueguo. "Comportement thermoélectrique de matériaux composites pour applications aéronautiques." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2013. http://www.theses.fr/2013ESMA0012/document.

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Abstract:

Les matériaux composites – de par leurs propriétés spécifiques élevées – sont l’une des classes de matériauxpermettant de fabriquer des structures aéronautiques plus légères pour une meilleure performance énergétique des aéronefs etune réduction conséquente des émissions de CO2. Les composites à matrice polymère renforcée par des fibres de carbone(CFRP) sont de plus en plus utilisés dans l’industrie aéronautique civile pour la réalisation de parties structurales, dontrécemment les panneaux de fuselage.L’intégration des CFRPs dans ces structures ne se fait pas sans difficultés : le fuselage – normalement soumis aux charges de lapressurisation – peut être soumis à des chocs/impacts, particulièrement dommageables pour les composites, et exposé àl’agression de l’environnement (température, humidité, liquides de refroidissement, …).Le fuselage est aussi le siège de sollicitations de nature électrique, telles que celles liées au retour de courant à la masse ou aufoudroiement : bien que des réseaux secondaires de câbles électriques et de grillages métalliques soient prévus afin de supporterces charges, l’action de courants de fuite, transitant à travers les jonctions boulonnées et rivetées, et les fortes différences depotentiel électrique dans l’épaisseur du fuselage, conséquences du foudroiement, peuvent activer le couplage thermoélectriqueet conduire à des échauffements localisés de ces structures. Les phénomènes liés à ce type de couplage peuvent êtreparticulièrement marqués dans les CFRPs – les matrices polymères étant électriquement et thermiquement quasi-isolantes, lecomportement thermoélectrique global du composite étant fortement anisotrope – et méritent d’être approfondis. L’intégrationde micro et nano charges – en particulier les nanotubes de carbone (NTCs) – dans les résines polymères ou à l’interfacefibre/matrice peut globalement améliorer ce comportement mais il s’agit d’une solution technologique qui nécessite encored’être explorée en détail.Ce travail est consacré à la caractérisation du comportement thermoélectrique anisotrope de matériaux CFRPs - chargés ou nonchargés en NTCs. Cette caractérisation comprend :· la mesure des valeurs de résistivité/conductivité électrique et de leur évolution avec la température,· la caractérisation des champs de température induits par le passage de courants électriques,· l’identification des paramètres pour la modélisation du comportement thermoélectrique de ces matériaux etpour l’interprétation des essais,· la caractérisation de l’effet d’un vieillissement humide sur les valeurs de résistivité/conductivité électrique ducomposite
Composite materials – since their high specific properties – are used recently to reduce the weight of aircraftstructures and to improve the performance engine in order to reducing the emissions of CO2. Composites of Carbon FibberReinforced Polymer matrix (CFRPs) are increasingly used in civil aviation industry for the production of structural parts:fuselage panels.Integrating CFRPs in the aeronautical structures has also some difficulties: the fuselage – generally subject to pressure of airflux – would be subjected also to shocks/impacts, particularly will be damaging for exposed to the aggressive environment(temperature, humidity, liquid cooling, ...).The fuselage is the principal structure to support the charge of electric current, such as those related to the electric current returnto ground or lightning : although the secondary networks of electrical cables and wires fences are provided to support thesecharges, the action of leakage currents, probably passer through bolted and riveted joints and because of the high differences ofelectrical potential between the surface of panels thickness, can activate the thermoelectric coupling and lead to localizedheating of these structures. Phenomena related to this type of coupling may be particularly remarkable in CFRPs – since thepolymer matrices is electrically and thermally quasi-insulates, for composite the thermoelectric behaviour is highly anisotropic– and need further research and investigation. The integration of micro and nano fillers – especially carbon nanotubes (CNTs) –in the polymer resin or in interface of fibber/matrix can improve the overall behaviour, but it is a technological solution that stillrequires be explored in detail.The aim of this work is to characterize the anisotropic properties of thermoelectric behaviour of materials CFRPs – charged oruncharged in CNTs. This characterization includes:· measurement of electrical resistivity/conductivity and their evolution with temperature,· characterization of the temperature fields induced by the passage of electric current,· identification of parameters for modeling the behavior of these thermoelectric materials and interpretation oftests,· characterization of the effect of moisture aging on the values of resistivity/conductivity of the composite

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Ringuette, Benoît. "Matériaux composites à base de fibres de chanvre." Thesis, Université Laval, 2011. http://www.theses.ulaval.ca/2011/28057/28057.pdf.

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El, Mouden Mustapha. "Une nouvelle méthode d'homogénéisation des matériaux composites élastiques." Metz, 1995. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/UPV-M/Theses/1995/El_Mouden.Mustapha.SMZ9545.pdf.

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Abstract:

La modélisation du comportement mécanique des matériaux hétérogènes est un thème important et classique en mécanique des milieux continus. C'est dans ce contexte que se situe le travail (uniquement théorique), que nous avons développé. Nous avons proposé trois variantes d'une nouvelle méthode (dite du cluster) pour prédire le comportement homogénéisé des matériaux hétérogènes. Il se limite au cas de l'élasticité linéaire, première étape naturelle en ce domaine, et restreint dans ses applications aux composites présentant une structure périodique. Il s'agit de prendre en compte la répartition spatiale des hétérogénéités en considérant pour chacune d'entre elles un voisinage suffisamment vaste contenant un grand nombre d'hétérogénéités (cluster) en interaction. Le problème est d'abord formule sous la forme d'une équation intégrale, comme cela est maintenant classique, et trois nouvelles solutions approchées sont avancées. Elles se distinguent par le comportement de référence et la déformation associée et constituent autant de variantes du modèle d'homogénéisation propose, dénommées respectivement cluster (avec comportement de la matrice et déformation auxiliaire), cluster-mori-tanaka (avec comportement et déformation moyenne de la matrice) et cluster-autocohérent (avec comportement effectif et déformation globale imposée). Les deux premières variantes privilégient la présence d'une phase de matrice continue et seront donc appliquées a des composites inclusionnaires, alors que la dernière sera réservée a certains composites a fibres longues. Si chacune de ces approches s'applique clairement au cas des composites périodiques, l'extension à des milieux aléatoires a été évoquée pour la méthode du cluster. Le comportement homogénéisé étant défini par la limite obtenue lorsque la taille du cluster croit (des analyses de convergence ont été présentées). Cette étude a clairement montre l'effet de la répartition spatiale des hétérogénéités sur le comportement élastique effectif du composite. Les comportements prévus se comparent très favorablement aux résultats expérimentaux de la littérature et surtout aux prédictions des modèles destinés aux composites périodiques
We propose to modelize the mechanical behavior of heterogeneous media. It is in that context we have developed a three variants of a new analytical approximate method called cluster, for predicting the effective moduli of heterogeneous media, to account for the interaction between the heterogeneiti at finite concentration. The spatial distribution of the heterogeneiti is accounted for in our scheme. In this cluster scheme we consider each grain is embbeded in a spherical cluster constitued by several layers of neighbouring grains. The cluster is itself suspended in the homogeneous reference medium. When the radius of the cluster is increased, the resultats of the cluster scheme were shown to converge. The variants of this method are denominated respectively cluster (by taking the homogeneous matrix as a reference medium and a auxiliary strain applied at infinite), cluster-Mori-Tanaka (by taking the homogeneous matrix as a reference medium and the average strain of the matrix applied at infinitie, this method is a generalization of the Mori-Tanaka modele) and cluster-selfconsistent (with the homogeneous equivalent medium as reference medium and the overalll strain applied at infinite, this is an extension of the classical self consistent scheme). The two first variants was applied to a composite medium consisting of ellipsoidal elastic inclusions embedded into anather elastic medium (matrix), even though the last method was applied to certain composites with log fibers. Compared with experimental data, analytical solutions and finite elements calculations, the present approach provides reasonably accurate predictions for effective moduli of composites materials with periodic microstructures

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Morvan, Jean-Marie. "Comportement anélastique des matériaux composites à matrice céramique." Bordeaux 1, 1997. http://www.theses.fr/1997BOR10668.

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Abstract:

L'etude a pour objectifs l'evaluation de la contribution des differents mecanismes de degradation des materiaux composites a matrice ceramique a leur comportement non-lineaire ainsi que la definition de variables internes aptes a decrire les phenomenes micromecaniques de deformation et de degradation. Le comportement non-lineaire de trois cmc est predit en sollicitations monotones et cyclee. Les souplesses mesurees a l'aide d'un interferometre ultrasonore couple a une machine de traction et les predictions du modele propose permettent d'acceder aux lois d'evolution des densites de fissures qui decrivent les variations tridimensionnelles de l'elasticite. Pour tenir compte du phenomene de reversibilite du glissement lors des decharges qui entraine une refermeture des fissures, une partition des deformations sous charge est mise au point. La prise en compte de l'epaisseur des fissures, c'est-a-dire de leur ouverture, montre que les deformations anelastiques sont gouvernees par la densite de microfissures. L'influence des differentes echelles des composites tisses sur le comportement global est mise en evidence ainsi que l'effet de l'ouverture des microfissures sur la chute de rigidite. Au cours de cycles de charge-decharge, la variation des deformations est pilotee par une seule fonction d'ouverture-fermeture des fissures transverses. Les lois d'evolutions des variables internes et l'etude precise de la microstructure permettent d'evaluer, a partir d'une analyse micromecanique de la cellule elementaire de fissuration, la distance interfissures, les longueurs de decohesions et la contrainte de cisaillement interfaciale des cmc.

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Kharrat, Souhaib. "Comportement en fatigue thermique des matériaux composites réfractaires." Bordeaux 1, 1995. http://www.theses.fr/1995BOR10525.

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Abstract:

L'importance du role des conditions de transfert de charge entre fibre et matrice sur les comportements thermomecaniques des materiaux composites, fait de la zone interfaciale fibre/matrice (f/m) un pole d'interet ou les mecanismes qui s'y developpent sont actives par des sollicitations de fatigue thermique. A titre d'illustration, divers composites refractaires de type c/c ; sic/sic ; sic/mas-l ; sic/ta6v ont ete etudies en fatigue thermique. Il apparait que suivant les natures des constituants et de leurs incompatibilites, la degradation des composites par cyclage thermique est principalement induite soit par des interactions chimiques entre constituants ou/et avec l'atmosphere environnante, soit par des evolutions microstructurales, soit par des phenomenes de fatigue mecanique engendres par le cyclage des contraintes residuelles d'origine thermique. La combinaison de ces sources d'endommagement peut soit en amplifier les effets, soit au contraire en limiter les consequences

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Isner-Brom, Pascale. "Nouveaux matériaux composites polymères piézoélectriques pour transducteurs électroacoustiques." Lyon, INSA, 1996. http://www.theses.fr/1996ISAL0023.

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Abstract:

Nos travaux ont porté, dans une première partie, sur la recherche du procédé de meulage, de traitements thermiques, ainsi que l'activation piézoélectrique d'éléments épais en copolymère ferroélectrique : le copolymère de fluorure de vinylidène et trifluoroéthylène contenant trente pourcent de trifluoroéthylène. Dans la seconde partie, on présente trois méthodes complémentaires de caractérisation de ces matériaux. La première fait appel à la technique 11PWP11 (propagation d'une onde acoustique produite par un laser impulsionnel), la seconde est basée sur la mesure de l'impédance, et enfin la troisième, consiste à mesurer les vitesses dans les différentes directions à partir d'éprouvettes copolymères spécialement préparées. Elle permet d'obtenir les coefficients propres au matériau (compliances) selon les trois directions, indispensables pour estimer la réponse du matériau en mode dit "bloqué". La dernière partie de ce mémoire décrit le blocage du copolymère au moyen d'électrodes épaisses, configuration permettant d'augmenter de façon significative la sensibilité de ces éléments destinés à devenir les parties sensibles d'hydrophones nouveaux. Les résultats expérimentaux sont comparés aux résultats théoriques obtenus à partir de deux modèles décrivant le mode bloqué
The first part of this study deals with realization, polarization and characterization of vinylidene fluoride and trifluoroethylene based ferroelectric copolymer elements with thirty percent trifluoroethylene. We also studied the moulding process, the temperature stabilization of these thick materials. In a second part, we present three further methods for characterizing these materials. The first one, “PWP”, or propagation wave pulse, the second method is based on the impedance and phase measure, and the third method consists in measuring the propagation velocity in various directions from different copolymer samples to obtain the intrinsic piezoelectric coefficients in the three directions. This last method is very important to modelize the “clamping effect” described in the last part of our work. The last part of the book describes the copolymer clamping effect with thick electrods. This configuration allows higher sensibility. Experimental data and calculations, with two different models, on this particular configuration are compared. In both cases, experimental results are in good agreement with calculations

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Vives, Serge. "Synthèse et caractérisations de matériaux composites zircone/tungstène." Montpellier 2, 1994. http://www.theses.fr/1994MON20012.

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Abstract:

Les composites ceramique-metal (zircone-tungstene) ont ete prepares par une technique sol-gel, en utilisant un procede a trois etapes. La premiere est la synthese d'un precipite amorphe obtenu par hydrolyse d'une solution contenant les sels metalliques de chaque phase. Nous avons caracterise la surface specifique du precipite, les charges electriques (point isoelectrique) des particules, ainsi que la structure (spectrometrie infrarouge). La seconde etape est la reduction de ce precipite sous un melange gazeux hydrogene-argon qui conduit a la formation de la poudre composite ceramique-metal. Cette reduction a ete etudiee par atg, atd, meb et diffraction des rayons x. La troisieme etape est la densification de cette poudre par frittage conventionnel et frittage sous charge. L'evolution de la taille des grains, la densite finale, la porosite et le retrait lineaire ont ete etudies en fonction du pourcentage volumique en tungstene. Les proprietes electriques de ces cermets repondent au phenomene de percolation et ont ete etudiees par impedance complexe

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Peyroux, Robert. "Caractéristiques thermoélastiques de matériaux composites à fibres courtes." Montpellier 2, 1990. http://www.theses.fr/1990MON20090.

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Apres un rappel des principes de base en homogeneisation, nous presentons trois grands modeles de prevision des proprietes elastiques d'un materiau composite ou toutes les fibres sont identiques et alignees: le schema auto-coherent et ses variantes, l'homogeneisation periodique et les methodes dites simplifiees. Nous proposons egalement une approche energetique inspiree des methodes simplifiees et conduisant a un encadrement des proprietes elastiques du composite. Une fois ces proprietes connues, les effets de desorientation des fibres ou des distributions d'elancement sont pris en compte par des operations de moyenne. Enfin les coefficients de dilatation du composite sont deduits de l'equation de levin. Les resultats obtenus portent essentiellement sur les variations des caracteristiques elastiques du composite en fonction de la fraction volumique des fibres, de leur elancement, de leur recouvrement ainsi que du rapport d'heterogeneite fibre-matrice

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Couturier, Laurent. "Comportement mécanique de matériaux composites à matrice aluminium." Compiègne, 1998. http://www.theses.fr/1998COMP1103.

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Abstract:

L'utilisation dans les industries automobile et aéronautique de composites à matrice aluminium correspond à un potentiel important. Ces composites constitués d'une matrice d'alliage d'aluminium renforcée par des céramiques ont montré leur efficacité dans le remplacement de matériaux de densité plus élevée. La thèse a porté sur des composites AS10U3NG+10%SiCp, AS9G+20%SiCp, 2618+20%AI203p, AS7G+20%AI203fc, AS12UNG+200/0AI2O3fc et sur un alliage d'aluminium non renforcé AS10U3NG, élaborés suivant plusieurs techniques de fonderie. Elle a aborde les points suivants : - comparaison des caractéristiques monotones - usinage par outil diamant des CMA - évolution des contraintes résiduelles d'usinage et de grenaillage mesurées par la méthode du perçage incrémental - résistance à la fatigue endurance en flexion quatre points (éprouvettes grenaillées et non grenaillées, analyse des facies de rupture et sites d'amorçage) - suivi de l'endommagement par des méthodes non destructives telles que l'émission acoustique, la cartographie ultrasonore, l'atténuation ultrasonore en onde de surface et la variation de raideur, - comportement tribologique sur trois différents tribomètres correspondant à des essais de frottement sphère plan, ou cylindre plan et des essais de résistance à l'abrasion - calcul de durée de vie en fatigue multiaxiale avec prise en compte des contraintes résiduelles sur d'autre matériaux tels que des aciers. L'étude s'est concentrée sur le rôle de la microstructure et de celui des renforts en liaison avec les caractéristiques monotones, pour comprendre le comportement de ces matériaux composites vis à vis des différents essais réalisés. Les conclusions obtenues qui s'appuient sur les nombreux résultats de la recherche permettent d'apporter de multiples renseignements sur le comportement mécanique global de ces matériaux et devraient permettre d'accroitre leur domaine d'utilisation. Le mémoire indique un nombre important d'axes de recherche qui devraient être porteur dans l'avenir.

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Angoulvant, François. "Caractérisation dynamique des matériaux composites : étude de l'amortissement." Le Mans, 1998. http://www.theses.fr/1998LEMA1011.

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Abstract:

La determination des rigidites en flexion des composites stratifies a ete effectuee par analyse modale de plaques stratifiees rectangulaires dont les cotes sont encastres ou libres. Cette determination est effectuee a l'aide de modeles analytiques issus des methodes classiques de rayleigh et rayleigh-ritz. Les resultats experimentaux montrent un faible ecart entre les valeurs deduites des frequences propres pour les rigidites q#1#1, q#2#2 et q#6#6 et les valeurs obtenues lors d'essais statiques. Ces resultats font apparaitre une grande dispersion des valeurs obtenues pour la rigidite q#1#2, dispersion associee a un mauvais conditionnement du probleme resultant de la tres faible participation de cette rigidite aux divers modes de vibration. La meme observation d'instabilite est faite dans le cas des stratifies symetriques quelconques pour les valeurs des rigidites q#1#6 et q#2#6. L'analyse de l'amortissement a ete abordee dans le cas des vibrations transverses a une dimension d'une plaque. La formulation a ete developpee dans le cadre d'une modelisation de l'amortissement par frottement visqueux et dans le cadre d'un modele avec rigidites complexes. L'analyse experimentale a ete menee en regime harmonique, permettant d'effectuer une etude de l'influence du fluide environnant l'echantillon, et par excitation par impact. Nous avons observe un amortissement maximum pour un angle d'orientation des fibres voisin de 60, observations corroborant les resultats des formulations analytiques issues du principe de correspondance elastique - viscoelastique. La description du comportement des structures composites a geometrie complexe necessite l'usage de la methode des elements finis. L'introduction des rigidites et de l'orientation des axes principaux pour chaque element, puis l'introduction des amortissements associes aux rigidites de chaque element permet de calculer les amortissements modaux de la structure et sa reponse a une excitation donnee.

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Pideri, Catherine. "Matériaux composites élastiques : comparaison de quelques méthodes d'homogénéisation." Paris 6, 1987. http://www.theses.fr/1987PA066579.

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Abstract:

Cette étude se situe dans le cadre de l'homogénéisation des matériaux composites constitués d'une résine renforcée par des fibres unidirectionnelles, les deux constituants étant supposés élastiques homogènes et isotropes. Dans la première partie, on compare théoriquement et numériquement deux techniques d'homogénéisation : la théorie des modules effectifs et la méthode d'homogénéisation des milieux périodiques. Afin de simplifier les calculs numériques, on propose ensuite des techniques analytiques qui permettent d'approcher le comportement homogène équivalent. Les coefficients simplifiés que nous obtenons constituent des bornes pour les modules homogénéisés. Dans la dernière partie, nous nous sommes intéressés au cas de matrices incompressibles. Nous avons surmonté les difficultés numériques que pose le traitement de l'incompressibilité en utilisant une méthode de pénalisation pour la résolution des problèmes élémentaires.

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Poussines, Laurence. "Développement de nouveaux matériaux pour l'infusion de composites." Thesis, Toulouse, INPT, 2012. http://www.theses.fr/2012INPT0132/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse vise à adapter un système polymère au procédé d’élaboration par infusion d’une structure en matériaux composite pour fuselage d’avion. Ce système doit répondre à certaines exigences de viscosité, de température d’infusion, de stockage mais également de prix. La méthodologie mise en place consiste à s’approprier le procédé de mise en oeuvre afin de valider le choix des résines, de les caractériser à l’état initial et enfin d’étudier leur durabilité vis-à-vis d’un vieillissement hygrothermique. La caractérisation des propriétés a mis en évidence des comportements différents à l’état initial en termes de transition vitreuse, résilience et viscosité. L’étude du vieillissement hygrothermique montre une chute des propriétés fortement liée à l’évolution chimique des réseaux polymères qui a pour origine majeure l’hydrolyse de plusieurs liaisons. Enfin, un test d’adhérence est mis en place afin d’évaluer l’interface fibre/résine. Ce test a permis d’estimer les différents traitements de surface effectués sur les fibres
The work presented in this thesis was done to adapt a polymer to selected elaboration process by infusion of a composite material structure for an aircraft fuselage. The polymer system must meet certain requirements such as viscosity, infusion temperature, storage but also the price. Our methodology is to understand the process putting into practice in order to validate the resins choice, to characterize the initial state and the study their sustainability towards a hydrothermal ageing. Properties characterization showed different behaviours in initial state, in terms of glass transition, resilience and viscosity. The study of hydrothermal ageing reveals a drop properties closely related to the chemical evolution of polymer networks which has for major origin multiple links hydrolysis. At least an adherence test is carried out to assess the interface fiber/resin. This test was used to estimate the different surface treatments on the fiber

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Smaili, Arezki. "Développement de matériaux composites pour la réfrigération magnétique." Thèse, Université du Québec à Trois-Rivières, 1998. http://depot-e.uqtr.ca/6846/1/000642386.pdf.

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Gauthier, Edouard. "Comportement mécano-fiabiliste de structures composites – approche matériaux." Thesis, Paris, ENSAM, 2018. http://www.theses.fr/2018ENAM0031/document.

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Abstract:

L’usage de matériaux composites est en plein essor dans le monde de l’industrie, particulièrement dans des domaines comme l’aéronautique, les transports ou la production d’énergie et ce développement amène une forte production de structures composites, notamment des pièces de grandes dimensions. La conception de ces structures en composite nécessite une connaissance approfondie du comportement mécanique du composite afin de garantir l’intégrité de la structure. Or le comportement mécanique des matériaux composites est de nature hétérogène avec une certaine variabilité sur les différents paramètres mécaniques. Cette variabilité est causée par deux principales sources : la variabilité intrinsèque au matériau due à des variations physiques au sein du composite, et la variabilité due aux défauts de mise en œuvre. La thèse, qui est présentée, s’intéresse à cette deuxième source de variabilité, à savoir la présence de défauts de mise en œuvre et son influence sur le comportement mécanique du composite. Deux défauts de mise en œuvre sont étudiés dans cette thèse, la porosité et le plissement, en suivant une analyse probabiliste. La première partie de l’étude rassemble l’ensemble de l’état de l’art sur les défauts de porosité et de plissement, ainsi que sur les analyses probabilistes dans le domaine des composites. Une deuxième partie de l’étude se consacre à la caractérisation probabiliste des défauts de porosité et de plissement en analysant la variabilité de chaque paramètre caractéristique du défaut et en la modélisant à l’aide de loi de distribution qui sont implémentées dans un code de calcul afin de modéliser numériquement la porosité observée expérimentalement. Une troisième partie de l’étude s’intéresse à l’influence des défauts de porosité et de plissement sur le comportement mécanique en quasi-statique et en fatigue. Cette étude mécanique compare les résultats d’essais expérimentaux sur un matériau sain, deux matériaux avec deux taux de porosité différents et sur deux matériaux avec un plissement de dimensions différentes, afin de pouvoir quantifier l’influence des défauts et déterminer un modèle de dégradation des propriétés mécaniques en fonction du défaut. L’étude mécanique en quasi-statique est complétée par une analyse de la variance afin de bien séparer la variabilité des propriétés mécaniques due aux défauts et celle due directement à l’essai lui-même. L’ensemble des résultats de cette étude permet donc d’identifier les deux types de défauts avec un ensemble de paramètres caractéristiques, ainsi que leur influence sur le comportement mécanique, tout en prenant en compte la variabilité observée sur les défauts et leur influence mécanique, et de modéliser numériquement l’ensemble de ces observations
The use of composite materials increases in the world of industry, particularly in sectors such as aeronautics, transport or energy production and this development leads to a strong production of composite structures, including large dimensions. The design of these composite structures requires a thorough knowledge of the mechanical behavior of the composite to ensure the integrity of the structure. However, the mechanical behavior of composite materials is heterogeneous in nature with a certain variability on the different mechanical parameters. This variability is caused by two main sources: the intrinsic variability of the material due to physical variations within the composite, and the variability due to defects in implementation. The thesis, which is presented, focuses on this second source of variability, namely the presence of implementation defects and its influence on the mechanical behavior of the composite. Two defects of implementation are studied in this thesis, porosity and wrinkle, following a probabilistic analysis. The first part of the study brings together all the state of the art on porosity and wrinkle defects, as well as on probabilistic analyzes in the field of composites. A second part of the study is devoted to the probabilistic characterization of porosity and wrinkle defects by analyzing the variability of each characteristic parameter of the defect and modeling it using a distribution law that are implemented in a calculation code to numerically model the experimentally observed porosity. A third part of the study focuses on the influence of porosity and wrinkle defects on quasi-static and fatigue mechanical behavior. This mechanical study compares the results of experimental tests on a healthy material, two materials with two different porosity states and two materials with a wrinkle of different dimensions, in order to be able to quantify the influence of the defect and to determine a model of degradation of mechanical properties according to the defect. The quasi-static mechanical study is supplemented by an analysis of the variance in order to separate the variability of the mechanical properties due to the defect and that due directly to the test itself. All the results of this study thus make it possible to identify the two types of defects with a set of characteristic parameters, as well as their influence on the mechanical behavior, while taking into account the variability observed on the defects and their mechanical influence, and to model numerically all these observations

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Thomas, Benjamin. "Matériaux composites Argent/Carbone à propriétés thermiques adaptatives." Thesis, Bordeaux, 2019. http://www.theses.fr/2019BORD0140.

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Abstract:

Du fait leur conductivité thermique élevée, les matériaux composites à matrice métallique et renfort carbone possèdent un fort potentiel d’application pour la gestion thermique en électronique. Ces travaux présentent le développement d’un nouveau procédé pour la synthèse de matériaux composites Ag/rGO (argent / « reduced Graphene Oxide ») et Ag/GF (argent / « Graphite Flakes ») par métallurgie des poudres. Ce procédé, inspiré des méthodes de « molecular level mixing », permet d’obtenir des poudres composites Ag/rGO dans lesquelles les nano-renforts sont individualisés jusqu’à une concentration volumique de 1 %. Lorsqu’il est appliqué à la synthèse de matériaux composites Ag/GF, ce dernier permet l’élaboration de matériaux composites denses avec une concentration volumique en graphite jusqu’à 70 % et une conductivité thermique jusqu’à 675 W.m-1.K-1 (426 W.m-1.K-1 pour l’argent pur). En outre, il a été montré que le procédé d’élaboration des poudres composites Ag/GF a une forte influence sur l’anisotropie structurale des matériaux massifs ainsi que sur la résistance thermique d’interface extrinsèque Ag-graphite. Le procédé d’élaboration développé dans ces travaux permet ainsi d’obtenir des matériaux ayant une conductivité thermique jusqu’à 19 % supérieure à celle des matériaux obtenus par un procédé de mélange conventionnel. Néanmoins, comme la plupart des matériaux composites métal/GF (à matrice Cu, Al, Mg et Fe), la dilatation thermique des matériaux composites Ag/GF présente des « anomalies ». En effet, l’anisotropie de leur coefficient d’expansion thermique (CTE) est opposée à leur anisotropie structurale, leur CTE a une dépendance anormalement élevée vis-à-vis de la température et ces matériaux présentent une instabilité dimensionnelle en cyclage thermique. S’il est communément admis dans la littérature que ces anomalies sont la conséquence des contraintes internes générées lors de l’élaboration des matériaux (du fait de la différence de CTE entre matrice et renfort), ce phénomène reste mal compris et difficile à maitriser. Une part importante de ces travaux est consacrée à l’étude de ces « anomalies » et en particulier à l’étude de l’influence des propriétés mécaniques de la matrice d’argent sur la dilation thermique des matériaux composites. Grâce à la combinaison des caractérisations d’EBSD, de DRX, de microdureté instrumentée et de microscopie, des phénomènes clés responsables des propriétés thermomécaniques des matériaux composites Ag/GF ont pu être identifiés. En particulier, il a été montré qu’une part importante des contraintes internes est relaxée via la déformation plastique de la matrice d’argent et la déformation pseudo plastique du graphite lors du refroidissement post-densification des matériaux composites. Ainsi, le contrôle des propriétés mécaniques de la matrice métallique (en particulier de sa limite d’élasticité) permet d’atténuer les anomalies en CTE et confère une meilleure stabilité dimensionnelle aux matériaux composites Ag/GF lors d’un cycle thermique. L’addition de rGO dans la matrice d’argent des matériaux composites Ag/GF a également permis de réduire l’instabilité dimensionnel des matériaux jusqu’à 50 % grâce aux propriétés d’amortissement du rGO
Due to their high thermal conductivity, metal matrix composite materials reinforced with carbon allotropes exhibit a high potential application for thermal management in electronics. This work deals with the elaboration of new synthesis process to produce Ag/rGO (silver/reduced Graphene Oxide) and Ag/GF (silver/Graphite Flakes) composite materials. This process, based on “molecular level mixing” methods, makes it possible to obtain Ag/rGO composite powders with individualized nano-reinforcements up to a concentration of 1 % in volume. Applied to the synthesis of Ag/GF composite materials, it allows to synthesize dense composite materials with a graphite concentration up to 70 % in volume and with a thermal conductivity up to 675 Wm-1.K-1 (426 Wm-1.K-1 for pure silver). Moreover, it has been shown that Ag/GF powders elaboration process has a strong influence on the structural anisotropy of bulk materials as well as on the extrinsic thermal boundary resistance Ag-graphite. The process developed in this work allows Ag/GF composite materials to reach thermal conductivity up to 19 % higher than the same materials synthesized by conventional mixing powder process. However, like most metal/GF composite materials (with Cu, Al, Mg and Fe matrix), thermal expansion of Ag/GF composite materials shows “anomalies”. Indeed, the anisotropy of their coefficient of thermal expansion (CTE) is opposed to their structural anisotropy, their CTE has an abnormally high dependence on temperature and these materials exhibit dimensional instability during thermal cycling. While it is commonly admit in literature that these “anomalies” are the consequence of internal stresses generated during materials densification (because of CTE mismatch between matrix and reinforcement), this phenomenon remains poorly understood and difficult to control. A significant part of this work is devoted to the study of these anomalies and especially to the study of the influence of matrix mechanical properties on composite materials thermal expansion. Thanks to EBSD, XRD, instrumented microhardness and microscopy analysis, key phenomena responsible of thermomechanical behavior of Ag/GF composite materials have been identified. Especially, it has been shown that a large part of the internal stresses is relaxed by plastic deformation of silver matrix and pseudo-plastic deformation of graphite during the post-densification cooling step of the materials. Thus, the control of mechanical properties of metallic matrix (especially of its elastic limit) makes it possible to attenuate the anomalies in CTE and confers a better dimensional stability to Ag / GF composite materials during thermal cycling. Finally, the addition of rGO in silver matrix of Ag/GF composites materials has also reduced material dimensional instability by up to 50 % thanks to the damping properties of rGO

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Agopian, Jean-Charles. "Développement, caractérisation et optimisation de matériaux composites hybrides." Electronic Thesis or Diss., Université Clermont Auvergne (2021-...), 2022. http://www.theses.fr/2022UCFAC107.

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Abstract:

Le changement climatique va exiger une industrie plus sobre, dans laquelle les matériaux “verts” peuvent jouer un rôle prépondérant. Les matériaux composites n’échappent pas à cette règle, et tout effort pour diminuer leur empreinte écologique doit être entrepris, tout en conservant des niveaux de performance et de durabilité acceptables.Le remplacement partiel de fibres de carbone par des fibres de lin est par exemple une possibilité de réduction de l’impact environnemental de ces matériaux composites. Les énergies de surface des deux fibres étant relativement différentes, les propriétés des matériaux composites issus de cette hybridation ne sont potentiellement pas optimales. De plus, les fibres végétales sont hydrophiles, ce qui pose deux problèmes : d’une part, cela les rend incompatibles avec nombre de polymères, hydrophobes. D’autre part, cela peut engendrer une réduction de la durabilité du composite, plus susceptible de se gorger en eau.Dans cette étude, un traitement par fluoration directe par du fluor moléculaire F2 a été mis en place, afin de niveler les énergies de surface des deux types de renfort et de favoriser leur interaction avec la matrice. Ces travaux se sont focalisés sur la fluoration du renfort carbone, tandis qu’une autre thèse menée en parallèle s’est focalisée sur la fluoration du lin.Dans un premier temps, un état de l’art sur la fluoration des fibres de carbone a été proposé sous la forme d’une revue de littérature. La versatilité de la liaison carbone-fluor et les conditions expérimentales permettant de jouer dessus ont été décrites en détail.Dans un deuxième temps, il a été montré par un large panel d’analyses physico-chimiques que la fluoration à température ambiante de fibres de carbone permettait de fluorer leur ensimage, et donc d’ajuster l’énergie de surface des fibres de carbone. Le même traitement a été ensuite mené sur une large gamme de températures, montrant successivement une fluoration et une hyperfluoration de l’ensimage, puis une fluoration de la fibre de carbone elle-même, avec une augmentation drastique de son hydrophobie et une diminution de sa composante polaire. Ces fibres de carbone et de lin fluorées ont ensuite été intégrées par infusion dans une matrice époxyde avec différentes séquences d’empilement. Les essais mécaniques sont peu concluants vis-à-vis d’une éventuelle amélioration de la compatibilité due à la fluoration, ce qui s’explique par l’optimisation d’interface permise par l’ensimage dans le cas de fibres non-fluorées. Les tests de vieillissement sont quant à eux prometteurs, puisque les matériaux intégrant des fibres fluorées absorbent moins d’eau que ceux renforcés de fibres non-fluorées
Climate change will require a more sober industry, in which “green” materials may play a key role. This also applies to composite materials, and every possibility to reduce their carbon footprint might be considered, while maintaining acceptable performance and durability levels.Partial replacement of carbon fibres by flax fibres is for instance a way to reduce the environmental impact of these composite materials. Surface energies of the fibres being quite different, the properties of the composite materials resulting of such a hybridisation might not be optimised. Moreover, flax fibres are hydrophilic, which rises two problems: they are poorly compatible with hydrophobic polymers, and can lead to a decrease of the durability of the composite, more susceptible to absorb water.In this study, a treatment by direct fluorination by molecular fluorine F2 has been implemented, aiming at level the surface energies of the fibres and increase their affinity with the matrix polymer. This work is mainly dedicated to the fluorination of carbon fibres, while another simultaneous doctoral project focused on flax fibre fluorination.First, a state of the art on the fluorination of carbon fibres has been realised, and published as a literature review, where the versatility of the carbon-fluorine bond and the experimental conditions leading influencing it were carefully described.It has then been shown by a wide variety of physicochemical analyses that room-temperature fluorination of carbon fibres was a way to fluorinate their sizing, and thus to tailor their surface energy. The same treatment was carried on a wide temperature scale, successively highlighting a sizing fluorination and hyperfluorination, and then a fluorination of the carbon fibre, leading to a huge increase of its hydrophobicity, and a decrease of its polar component.These fluorinated carbon and flax fibres were then integrated in an epoxy matrix by infusion process, with several stacking sequences. Mechanical tests do not show an improvement of the fibre-matrix compatibility thanks to fluorination, which might be explained by the high-quality interface allowed by sizing for the non-fluorinated fibres. Wet ageing tests are however promising, as composites made with fluorinated fibres absorb less water than composites made with non-fluorinated fibres

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Baumberger, Stéphanie. "Obtention et caractérisation de matériaux composites amidon-lignines." Paris, Institut national d'agronomie de Paris Grignon, 1999. http://www.theses.fr/1999INAP0009.

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Abstract:

Dans l'objectif de valoriser les lignines co-produites par l'industrie papetiere et afin de tirer partie du caractere hydrophobe de ces lignines pour ameliorer la resistance a l'eau des materiaux amylaces destines a l'emballage, l'etude de composites amidon-lignines synthetiques a ete entreprise. Differentes preparations de lignines ont ete isolees au laboratoire, par solvolyses a partir de paille de ble ou par fractionnement de lignines industrielles a l'aide de solvants organiques. Elles ont ete comparees en termes de groupements fonctionnels, de composition mono- et dimerique, et de proprietes macromoleculaires. Parallelement a des lignines industrielles brutes (kraft et lignosulfonates), ces echantillons ont ete incorpores a des films d'amidon, par extrusion ou par casting, dans un rapport amidon/lignine compris entre 100/0 et 60/40. En vue d'elucider les interactions amidon-lignines et leurs effets sur les performances des films, des tests de resistance mecanique et de resistance a l'eau ont ete mis en uvre, parallelement a l'etude microscopique des materiaux. Les resultats montrent qu'il est possible d'incorporer jusqu'a 20% de lignines dans des films d'amidon sans nuire a leur resistance mecanique et en diminuant leur sensibilite a l'eau. La compatibilite des systemes depend cependant fortement de la structure des constituants. Dans le cas des lignines kraft, les constituants de masse moleculaire elevee, disperses dans l'amidon sous forme de particules de l'ordre du micrometre, jouent le role de charge susceptible de fragiliser le materiau. A l'oppose, les constituants de faible masse, partiellement miscibles dans la matrice d'amidon, augmentent de facon spectaculaire le caractere hydrophobe des materiaux et contribuent a leur plasticite.

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Chabert, Erwan. "Matériaux composites à matrices vitrimère et polymère supramoléculaire." Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066285/document.

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Abstract:

Nous décrivons l’utilisation de matrices polymères aux propriétés inhabituelles dans des composites à fibres de verre longues et dans des composites tout organique. Les vitrimères récemment découverts au laboratoire Matière Molle et Chimie une nouvelle classe de polymères. Ils sont réticulés et insoluble comme les thermodurs mais pourtant malléables à chaud, soudables sans apport de matière et recyclables comme les thermoplastiques. Cette propriété de soudage est elle conservée pour un matériau composite à matrice vitrimère renforcé à 50vol.% ? Nous analysons quantitativement et statistiquement les forces de rupture de joints soudés à chaud de façon autogène et comparons à cet effet le composite à matrice vitrimère aux composites classiques. Nous démontrons que seule la matrice vitrimère permet de multiples soudures efficaces grâce aux réactions d’échange qui permettent la formation de liens covalents et la diminution de la rugosité à l’interface. Cette technologie pourrait permettre le remplacement des joints mécaniques ou des adhésifs. Nous explorons aussi un système composite constitué d’un tissu de fibres longues et d’une matrice basée sur des thermoplastiques semi-cristallins à base de polyamides supramoléculaires développés au laboratoire Matière Molle et Chimie. Leur très faible viscosité au dessus du point de fusion est un grand atout vers des méthodes de mise en œuvre et de recyclage améliorées. Nous montrons qu’il est possible de recouvrer les fibres intactes et lavées ainsi que la matrice grâce à un traitement thermique sous pression dans l’eau. Enfin, nous réalisons un bilame vitrimère qui peut être utilisé comme actuateur
We describe the use of two polymer matrixes with unusual properties for long glass fibres reinforced composite materials and fully organic composites. Vitrimers, recently discovered in the Soft Matter and Chemistry laboratory constitute a new class of polymers as they can exhibit high mechanical strength and are insoluble even at high temperatures like thermosets and yet, like thermoplastics, they are heat processable, recyclable and weldable. The question arises whether this welding property is maintained in composite materials made of more than 50vol% of reinforcing fibres. We quantitatively and statistically analyze the bond strength of lapshear vitrimer composite joints autogenously welded by heat and compare the results to comparable joints of standard thermoset epoxy. It is demonstrated that only vitrimer samples show substantial bond strength and the ability to be repeatedly welded thanks to the exchange reactions that promote both bonding between the adherands and the decrease of surface roughness at the joint interface. This opens the way towards joining composite parts without adhesives or mechanical fasteners. We also explore a composite system made of woven glass fibres and of a matrix base on supramolecular semi-crystalline polyamides that have been developed in the SMC laboratory. Their very low melt viscosity is an asset to envision improved manufacturing and recycling methods. As a proof of concept, composite material pieces have been subjected to a high temperature water treatment. We show the complete recovery of both the neat woven glass fibers plies and the matrix. Finally, we show that actuators can be made from bilaminar vitrimers

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Barret-Vivin, Virgile. "Revêtements hybrides pour la protection de matériaux composites." Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066756.

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Abstract:

Le but de ce travail de thèse est de répondre à l'obsolescence programmé d'un film polymère fluoré utilisé dans l'industrie aéronautique et commercialisé par Dupont de Nemours : le Tedlar®. Pour ce faire nous avons étudié plusieurs matrices à réseau inorganique synthétisées par voie sol-gel et plus particulièrement une matrice silicique contenant un précurseur à longues chaînes fluorées. En ajoutant dans ces formulations des charges à la fois microniques et nanométriques, il a été possible d'obtenir des films superhydrophobes et lipophobes mis en forme par pulvérisation. Afin de répondre plus particulièrement au cahier des charges imposé, une seconde matrice hybride à composante polymère à été étudiée. Ces nouveaux films, photo-activés par l'intermédiaire de photoamorceurs de polymérisation et d'acides photogénérés, ont permis d'obtenir des propriétés mécaniques et de gonflement (caractérisées par nanoindentation et ellipsométrie) adéquates. La polymérisation des fonctions mehtacrylates a été suivie par RMN solide du carbone ainsi que par infrarouge. La condensation inorganique l'a été par RMN solide du silicium. La création d'un réseau interpénétré organique / minéral ainsi que la présence de fluor à la surface et dans le volume des films à permis l'obtention de couches ayant des propriétés barrières très intéressantes
The main purpose of this thesis was to provide an alternative to replace a fluorinated polymer film used in the aerospace industry (commercialized by Dupont de Nemours): the Tedlar®. To that end, several inorganic network based films have been studied. They have been synthesized by sol-gel chemistry. We furthermore investigated the behavior of a silica based matrix containing a perfluorinated organosilane. By adding in the mixture some nano and micro-particles, the spray-obtained films exhibit exceptional dewetting properties. In addition to their super hydrophobic behavior, those films are also lipophobic. To achieve all the specifications this project needs, a second matrix, involving an interpenetrated organic / inorganic framework, has been studied. These new films, which are UV-light initiated, showed very good properties: we characterized the mechanical ones by nano-indentation while the swelling of these coatings and their barrier properties have been examined by ellipsometry. The inorganic densification has been monitored by solid state 29Si NMR MAS and the organic polymerization by FTIR, 1H and 19F liquid RMN and 13C solid NMR. The creation of an hybrid network with fluorine at the surface and in the width of the films has permit to obtain coatings with all the requirements of our specification need

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Chabert, Erwan. "Matériaux composites à matrices vitrimère et polymère supramoléculaire." Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2015. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=https://theses-intra.sorbonne-universite.fr/2015PA066285.pdf.

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Nous décrivons l’utilisation de matrices polymères aux propriétés inhabituelles dans des composites à fibres de verre longues et dans des composites tout organique. Les vitrimères récemment découverts au laboratoire Matière Molle et Chimie une nouvelle classe de polymères. Ils sont réticulés et insoluble comme les thermodurs mais pourtant malléables à chaud, soudables sans apport de matière et recyclables comme les thermoplastiques. Cette propriété de soudage est elle conservée pour un matériau composite à matrice vitrimère renforcé à 50vol.% ? Nous analysons quantitativement et statistiquement les forces de rupture de joints soudés à chaud de façon autogène et comparons à cet effet le composite à matrice vitrimère aux composites classiques. Nous démontrons que seule la matrice vitrimère permet de multiples soudures efficaces grâce aux réactions d’échange qui permettent la formation de liens covalents et la diminution de la rugosité à l’interface. Cette technologie pourrait permettre le remplacement des joints mécaniques ou des adhésifs. Nous explorons aussi un système composite constitué d’un tissu de fibres longues et d’une matrice basée sur des thermoplastiques semi-cristallins à base de polyamides supramoléculaires développés au laboratoire Matière Molle et Chimie. Leur très faible viscosité au dessus du point de fusion est un grand atout vers des méthodes de mise en œuvre et de recyclage améliorées. Nous montrons qu’il est possible de recouvrer les fibres intactes et lavées ainsi que la matrice grâce à un traitement thermique sous pression dans l’eau. Enfin, nous réalisons un bilame vitrimère qui peut être utilisé comme actuateur
We describe the use of two polymer matrixes with unusual properties for long glass fibres reinforced composite materials and fully organic composites. Vitrimers, recently discovered in the Soft Matter and Chemistry laboratory constitute a new class of polymers as they can exhibit high mechanical strength and are insoluble even at high temperatures like thermosets and yet, like thermoplastics, they are heat processable, recyclable and weldable. The question arises whether this welding property is maintained in composite materials made of more than 50vol% of reinforcing fibres. We quantitatively and statistically analyze the bond strength of lapshear vitrimer composite joints autogenously welded by heat and compare the results to comparable joints of standard thermoset epoxy. It is demonstrated that only vitrimer samples show substantial bond strength and the ability to be repeatedly welded thanks to the exchange reactions that promote both bonding between the adherands and the decrease of surface roughness at the joint interface. This opens the way towards joining composite parts without adhesives or mechanical fasteners. We also explore a composite system made of woven glass fibres and of a matrix base on supramolecular semi-crystalline polyamides that have been developed in the SMC laboratory. Their very low melt viscosity is an asset to envision improved manufacturing and recycling methods. As a proof of concept, composite material pieces have been subjected to a high temperature water treatment. We show the complete recovery of both the neat woven glass fibers plies and the matrix. Finally, we show that actuators can be made from bilaminar vitrimers

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Giordano, Fabrice. "Sur des nanocomposites à base de matériaux naturels." CDhambéry, 2006. http://www.theses.fr/2006CHAMS010.

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Abstract:

Trois produits d'origine naturelle sont intégrés au sein d'un polymère thermodurcissable époxyde DGEBA -amine TETA, afin d'en moduler certaines propriétés. L'incorporation d'huile de soja époxydée ESO (Epoxydized Soybean Oil) a révélé le rôle multiple de cette huile végétale: diluant, plastifiant ou renfort au choc, du fait de la séparation de phase et de la formation de nodules d'élastomère de taille et de distribution uniformes. Une particularité de l'ESQ réside dans l'absence de miscibilité partielle persistante lors de la séparation de phase, ce qui est extrêmement intéressant dans le domaine des mélanges de polymères. Afin d'élaborer un matériau nanocomposite, la seconde partie de ce travail portait sur la modification de deux argiles (montmorillonites) de composition et de structure minéralogique différentes: l'une commerciale, nommée N757, et l'autre originaire des carrières vietnamiennes de la province de Lâm Đổng, dans l'optique de rendre exploitable cette dernière. Cette modification était basée sur une nouvelle méthode par pré-intercalation dans la montmorillonite de l'amine TETA, constituant même de la matrice. L'intercalation est possible par une interaction électrostatique entre TETA et les cations métalliques de la montmorillonite. Cette méthode de modification de la montmorillonite a permis l'obtention d'une exfoliation à l'échelle du groupe de feuillets. Le dernier volet de ce travail s'est attaché à intégrer, dans le nanocomposite, de la cellulose d'origine bactérienne qui se présente sous la forme d'un réseau enchevêtré de fibrilles nanométriques. L'hydrophilie de la cellulose a été compensée par un procédé nouvellement élaboré de greffage en phase gazeuse. Une étude mécanique par test EWF (Essential Work of Fracture) sur matériau vieilli a révélé la bonne adhésion entre cellulose et polymère
Ln this study, we synthesize a DGEBA- TETA epoxy system incorporating three different kinds of natural resources in order to improve some properties of pristine polymer. It has been found that introducing epoxidized soybean oil (ESO), toughens epoxy resin against shock due to its role as a diluant and plasticiser. Homogeneous distribution of elastomer nodule sizes through the phase separation effect leads to an increase in resistance to deformation and crack initiation in the epoxy resin. The lack of residual miscibility between DGEBA and ESO at the phase separation point is an interesting phenomenon, since it makes ESO an attractive product in polymer blends. The second part of this work deals with the modification of two montmorillonite smectite clays, a commercial one called N757, and another one extracted from quarries in the Vietnamese province of Lâm Dông, in order to make them exploitable for nanocomposite applications. The Montmorillonite surface modification technique used is a novel treatment by intercalation of the curing agent TETA which is based on the electrostatic interaction between the original exchangeable montmorillonite cations and TETA. The efficiency of surface modification with TETA is confirmed by the formation of an intermediate exfoliated state in the final nanocomposite. The third part of the thesis focuses on bacterial cellulose, a natural material made of a nanometric fibrillar network. To reduce the hydrophilic nature of cellulose surfaces, a novel chemical grafting process, described as a "chromatogenic chemistry" method, is carried out to provide stronger interfacial adhesion with the polymer. The Essential Work of Fracture (EWF) method has been used to show the efficiency of this method in the case of aged samples

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Forêt, Gilles. "Effets d'échelle dans la rupture des composites unidirectionnels." Marne-la-vallée, ENPC, 1995. https://pastel.archives-ouvertes.fr/tel-00529383.

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Abstract:

Nous nous intéressons dans ce travail à la rupture en traction des matériaux composites unidirectionnels dans la perspective de leur utilisation comme câbles de prétrainte. Le comportement de type élastique-fragile de ces matériaux impose de prendre en compte l'aléa de résistance, afin de prédire les effets d'échelle. Pour étudier ce problème, nous avons simulé numériquement la rupture des composites unidirectionnels à l'aide d'un modèle mécanique à cinématique uniaxiale. Nous avons réalisé pour chaque géométrie un très grand nombre de simulations afin d'obtenir une statistique de rupture au voisinage des faibles résistances très précises. Nous avons étudié deux mécanismes d'endommagement, rupture des fils et décohésions entre fils (un fil peut être constitué d'une ou plusieurs fibres, sa section étant caractéristique de la finesse de discrétisation du modèle). Nous avons alors constaté qu'un effet d'échelle de longueur de type chaine décrivait correctement nos simulations de rupture pour différentes longueurs dès que l'on pouvait négliger les effets d'extrémité et, d'un point de vue pratique, que la queue de distribution des faibles résistances n'obéit plus à une loi du type rupture de la structure au premier endommagement. L'extrapolation des courbes de distribution des résistances a permis de proposer le concept de résistance utile d'un jonc en acceptant une certaine probabilité de rupture. Cette résistance utile peut être très largement supérieure à celle utilisée actuellement en appliquant un coefficient de sécurité de 0,5 à la résistance moyenne. L'utilisation de ce concept de résistance utile pourrait alors réduire la quantité de matière et évidemment les coûts. Un autre apport du travail est issu de l'étude des effets d'échelle de section. Nous sommes en effet arrivés à démontrer que pour un usage donne (longueur, probabilité de rupture admissible) il existe une section optimale de jonc donnant la meilleure résistance utile

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Mahmoud, Bassam. "Modélisation d'impacts sur des stratifiés composites unidirectionnels et hybrides." Thesis, Toulouse 3, 2017. http://www.theses.fr/2017TOU30212.

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Abstract:

Les structures aéronautiques sont aujourd’hui largement réalisées à partir de matériaux composites, permettant ainsi d’en diminuer la masse. L’impact sur structure composite est une des sources de dommage la plus courante et la plus pénalisante. L’objectif de cette thèse est de développer un modèle prédictif d’impact sur stratifiés unidirectionnels de faible épaisseur afin, dans un premier temps, de mieux comprendre les mécanismes d’endommagement mis en jeu et, dans un deuxième temps, de pouvoir proposer des pistes d’amélioration de la tenue de ces structures. La première étape de ces travaux a consisté à développer un modèle éléments finis explicite de stratifiés composite unidirectionnel, en s’appuyant sur les travaux d’impact sur pale d’hélicoptère réalisés par F. Pascal. Ainsi, un nouvel élément capable de représenter le comportement à l’impact des plis unidirectionnels a été formulé. Le comportement des paquets de fibres est représenté par des éléments barres stabilisés grâce à des éléments 2D spécifiques. La dégradation de ces éléments est pilotée par des lois d’endommagement déduites d’observations expérimentales. La stratégie de modélisation proposée a été identifiée sur la base d’essais expérimentaux pour deux matériaux : T700/M21 et HTA7/913. Les résultats donnés par le modèle ont ensuite été validés par une comparaison avec des essais d’impact à basse vitesse. Enfin, dans le but d’optimiser la tenue des stratifiés, des impacts à basse et moyenne vitesse sur des stratifiés hybrides unidirectionnels/tissus composites ont été étudiés expérimentalement et numériquement grâce à la stratégie de modélisation proposée
Today, composite materials are largely used in the manufacturing of aeronautical structures, in order to lighten their weight. Impact on composite structures is one of the most detrimental loading. The present study aims to develop a predictive modelling of impacts on thin unidirectional laminates in order to, firstly, better understand the damage mechanisms involved, and, secondly, be able to provide guidance for a strength improvement of these structures. First, an explicit finite element modelling of unidirectional laminates is developed based on the work of F Pascal dealing with impact modeling on helicopter blades. Thus, a new element that can represent the impact response of unidirectional plies is formulated. The behavior of the bundle of fibers is modeled with rod elements stabilized with specific 2D elements. The degradation is managed using damage based on experimental observations. The parameters of the proposed modelling strategy are identified on the basis of experimental tests carried out on T700/M21 and HTA7/913 composites. The results provided by the modeling are then validated by a comparison with experimental low velocity impact results. Finally, in order to improve the laminate strength, low velocity and medium velocity impacts on hybrid unidirectional/woven composite laminates are studied experimentally and with the developed modelling strategy

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Berrehili, Yahya. "Etude du comportement effectif des matériaux composites à constituants décollés." Paris 13, 1997. http://www.theses.fr/1997PA132006.

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Abstract:

La premiere partie de mon travail consiste a considerer une structure composite constituee d'une repartition periodique de fibres elastiques, orientees toutes suivant une meme direction, entourees par une matrice elastique. Les fibres sont supposees decollees mais en contact avec la matrice, et peuvent glisser sans frotter. Le probleme consiste a chercher le comportement effectif d'un tel composite lorsque le nombre de fibres est important. On obtient alors le resultat suivant: le comportement effectif d'un composite a fibres decollees mais en contact s'apparente a un milieu continu a microstructure dont la cinematique est decrite par plusieurs champs de deplacement et dont l'equilibre est regi par des equations couplees. La seconde partie consiste a considerer un milieu composite constitue de fibres unidirectionnelles elastiques inserees dans une matrice elastique. Il contient des microdecohesions disposees le long d'un segment dont la direction est perpendiculaire a celle des fibres. En supposant que le nombre de fibres est grand et que la taille de ce segment est grande devant l'espacement des fibres et en utilisant la methode des developpements asymptotiques raccordes, nous donnons une approximation au premier ordre des champs de deplacement et de contrainte qui nous conduit a adopter un modele du comportement effectif de la structure fissuree que nous comparons avec le modele usuellement adopte, appele fissure pontee par des ressorts. Resultat: le modele obtenu differe en general du modele fissure pontee par des ressorts qui existe dans la litterature

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Chabot, Armelle. "Analyse des efforts à l'interface entre les couches des matériaux composites à l'aide de modèles multi particulaires de matériaux multicouches (M4)." Marne-la-vallée, ENPC, 1997. http://www.theses.fr/1997ENPC9710.

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Abstract:

La thèse a pour but de concevoir un outil simple d'utilisation, pour l'ingénieur, capable d'analyser les champs de contraintes tridimensionnels responsables de délaminage au bord ou de fissuration transverse dans les matériaux multicouches. Dans la première partie du mémoire, nous construisons des modélisations multi particulaires (m4) à partir de champs de contraintes tridimensionnels approches écrits sous forme de polynômes de Legendre en z par couche. Les coefficients de ces polynômes sont des champs en (x, y) relies aux efforts généralises. Nous utilisons la formulation de Hellinger-Reissner pour en déduire les déplacements et les déformations généralisées associées. Par stationnarité de la fonctionnelle, nous donnons les équations d'équilibre, les conditions aux limites et le comportement écrit en souplesse. La richesse plus ou moins grande des champs de contraintes approches ainsi construit mène à 7n, 5n, 3n et (2n + 1) (n : nombre de couches) équations d'équilibre dans le plan. Dans la seconde partie de la thèse, nous testons quatre modèles sur le problème de la traction simple pour des stratifies non troues d'empilement quelconque et troues d'empilement (0\, 90\) s. Nous posons analytiquement les systèmes d'équations qui par combinaison se condensent en un système d'équations différentielles de degré 2 en y et dont la résolution se fait par le logiciel de calcul formel Mathématica. Sur le cas du stratifié (0\, 90\) s non troue, nous montrons que l'énergie due aux efforts manquants dans les modèles réduits ne disparaît pas complètement mais est transférée sur celles des efforts restants. Dans le cas du modèle multi particulaire m4-(2n + 1) m (m : pour membrane) le plus simple, pour assurer l'équilibre global de la plaque, nous proposons un concept, généralisable, d'effort linéique de type Dirac dont l'intensité est relie au maximum des cisaillements au bord. Nous pensons que l'intensité du Dirac peut servir de base à un critère sur le délaminage
The aim of the thesis is to design a tool for engineers simple to use which is able to analyze 3D stresses responsible for edge delamination or transverse crackings in multilayed materials. In the first part of the dissertation, we built Multiparticle Models (M4) from 3D approximate stresses written as Legendre's z polynomials layerwise. Polynomial coefficients are (x, y) fields which are connected to generalized stresses. We use Hellinger-Reissner's formulation to deduce displacements and associate generalized strains. Writing the formulation stationary, we give equilibrium equations, boundary conditions and constitutive laws. According to the different approximate stress fields, we have 7n, 5n, 3n and (2n+1) (n: layer number) plane equilibrium equations. In the second part of the thesis, we test four models concerning the problem of the boundary traction conditions on any angles laminates and (0°, 90°)s laminate with circular opening. We write analytically the systems of equations which condense on y second order of differential system of equations and whose resolution is performed by MATHEMATICA. On (0°, 90°)s laminate without hole, we show that miss stresses energy of reduced models do not disappear but is transferred on these still remaining stresses. On the simplest Multiparticle Model M4_(2n+1)M case, to ensure a global equilibrium of laminate, we propose a concept, which can be applied generally, of Dirac lineic stress whose intensity is connected with the maximum of edge shear stress. We think that it can be used as the essential information in order to define a criterion of delamination

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Bonnet, Bénédicte. "Comportement au choc de matériaux composites pour applications automobiles." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00152868.

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Abstract:

Pour la réalisation de pièces de structure automobiles (poutre d'absorption de chocs, quartavants, doublures d'aile...), les matériaux composites à matrice polypropylène renforcée de fibres de verre, continues ou coupées, sont pressentis. L'objet de cette étude est de proposer un modèle de comportement adapté à ces matériaux, capable de répondre de manière cohérente aux sollicitations statiques mais aussi dynamiques subies par ces pièces de structure. Deux matériaux différents ont été étudiés: un tissu et une matrice renforcée de fibres coupées.
Afin d'identifier les phénomènes dissipatifs au sein de ces matériaux et de mieux comprendre leur évolution avec la vitesse de sollicitation, une étude expérimentale a été menée incluant des observations microscopiques et des essais mécaniques à différentes vitesses de déformation comprises entre 10-4 s-1 et 100 s-1. Les essais réalisés à vitesse quasi-statique (<10-1 s-1) sont des essais de traction, de compression, de charge-décharge et de traction-compression. L'étude en dynamique (≥10-1 s-1) consiste en la réalisation d'essais de traction. Une étude approfondie de cet essai complexe a par ailleurs été réalisée afin d'améliorer l'analyse des résultats.
Un modèle de comportement unifié, valable pour des sollicitations statiques et dynamiques, est ensuite proposé. Il prend en compte les phénomènes d'endommagement, de viscoélasticité et de viscoplasticité observés lors de l'étude expérimentale. Son écriture très générale permet de modéliser le comportement de nombreuses familles de matériaux composites. Il a été implémenté dans le code de calcul ZéBuLoN et identifié pour les deux matériaux étudiés.
Enfin, plusieurs essais de validation sont présentés, sur structures simples (flexion à différentes vitesses, choc multiaxial) mais aussi sur pièces industrielles (choc sur poutre d'absorption...).

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Trabelsi, Walid. "Vieillissement de matériaux composites carbone/époxy pour applications aéronautiques." Phd thesis, Paris, ENSAM, 2006. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00002194.

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Abstract:

Les stratifiés composites exposés à haute température subissent une dégradation induite principalement par la thermo-oxydation de la matrice. Celle-ci se manifeste par la formation d'une couche oxydée de faible épaisseur à la surface des pièces. Ce phénomène superficiel induit une perte de masse et provoque une modification du comportement mécanique. L'objectif de cette étude est la prévision du comportement et l'évolution des propriétés de la matrice époxy et de trois stratifiés époxy-carbone (UD, [03/903]s et [453/-453]s) soumis à un vieillissement isotherme ou un cyclage thermique sous environnement oxydant. Un modèle de simulation fondé sur un schéma standard d'oxydation de la matrice couplé avec l'équation de diffusion de l'oxygène a été mis en place, il permet de prédire le profil de la concentration des produits d'oxydation à partir duquel on détermine les épaisseurs des couches oxydées et les pertes de masse. Ce modèle a été validé dans le cas du vieillissement isotherme et du cyclage thermique du composite UD. L'accord entre la théorie et l'expérience est excellent pour la perte de masse jusqu'à l'apparition des fissures et acceptable pour les épaisseurs de couche oxydée. La thermo-oxydation de la matrice induit une fragilisation de la zone de peau dont les propriétés mécaniques sont différentes de celles du coeur du matériau. L'étude expérimentale des propriétés mécaniques instantanées de la couche oxydée montre une chute du module d'Young et des propriétés à la rupture au cours du vieillissement. De même la ténacité de la couche oxydée de la matrice diminue en fonction de l'avancement de l'oxydation. Les fissures sont créées sur les bords et se propagent vers le coeur de l'échantillon au fur et à mesure que le matériau est vieilli. Elles peuvent induire une fragilisation totale et un changement global du comportement mécanique de l'échantillon.

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Nowak, Nicolas. "Propriétés optiques de nouveaux matériaux composites pour la visualisation." Thesis, Bordeaux 1, 2010. http://www.theses.fr/2010BOR14004/document.

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Abstract:

Ce travail porte sur porte sur le développement de nouveaux matériaux permettant d’améliorer la visibilité des produits de marquage routier en toutes conditions climatiques. Les études se sont tout d’abord dirigées vers une étude théorique des principes optiques régissant le phénomène de rétroréflexion, puis sur la modélisation de ces phénomènes à l’aide d’un logiciel, pour déterminer les systèmes rétroréflecteurs idéaux par temps sec et par temps humide. De nouveaux verres ayant les propriétés optiques et mécaniques adéquates à ce genre d’applications ont ensuite pu être synthétisés. Des traitements de surface ont enfin été appliqués pour améliorer encore ces propriétés, grâce au phénomène d’adaptation d’indice et à l’étude des interférences dues aux dépôts de couches minces
This work deals with the development of new materials for improving the visibility of road markings in all weather conditions. The studies moved towards a theoretical study of optical properties responsible for retroreflexion, then towards the establishment of a pattern of these phenomenon with the Zemax software in order to determine ideal retroreflective systems for dry and wet weather. New glasses having the ideal optical and mechanical for these applications were synthesized. Surface treatments have been used to improve these properties, by the study of the interference phenomena induced by thin layers deposited on substrates

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Nguyen, Thu Trang. "Modélisation par éléments finis de matériaux composites magnéto-électriques." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00663218.

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Abstract:

Cette thèse présente la modélisation de l'effet magnéto-électrique dans les matériaux composites par la méthode des éléments finis. Les matériaux composites magnéto-électriques sont la combinaison de matériaux piézoélectriques et magnétostrictifs. Les lois de comportement ont été établies en associant les lois de comportement piézoélectrique et magnétostrictive. Le modèle piézoélectrique a été supposée linéaire, contrairement au magnétostrictif qui est non-linéaire. Afin de modéliser des dispositifs dans lequel il y a coexistence d'un champ statique et d'un champ dynamique de faible amplitude, nous avons proposé une étape de linéarisation des lois de comportement. Cette étape consiste à déterminer le point de fonctionnement fixé par le champ statique pour ensuite calculer la variation autour de ce point associée au champ dynamique. Les deux lois de comportement ont ensuite été intégrées dans un code éléments finis 2D. Le code de calcul éléments finis a ensuite été exploité pour différents dispositifs déjà mis en ?uvre expérimentalement dans la littérature. La première application est une inductance variable contrôlée par un champ électrique. Malgré une méconnaissance de certaines valeurs des propriétés des matériaux, le calcul numérique et les résultats expérimentaux sont en bon accord d'un point de vue qualitatif. Les travaux nous ont permis de modéliser des capteurs de champ magnétique. Ces capteurs ont pour but de détecter précisément un champ magnétique statique dans le plan de travail. La comparaison des résultats numériques et expérimentaux a montré à nouveau une bonne concordance qualitative. Quelques améliorations de la structure du dispositif ont été proposées et évaluées à l'aide du modèle développé.

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Nguyen, Phuong Chi. "Identification de paramètres dans la fabrication de matériaux composites." Phd thesis, Université d'Orléans, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00635365.

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Abstract:

Ce travail est une contribution à l'étude du comportement de certains matériaux composites. Nous formalisons les observations expérimentales du point de vue mathématique, et menons une étude " critique " des différents modèles utilisés pour proposer des techniques génériques d'identification de paramètres dans ce contexte. Le manuscrit se divise en trois chapitres. Le chapitre 1 rappelle les principes élémentaires et le contexte mécanique de cette étude. On y présentera les hypothèses simplificatrices faites par la suite et les modèles de lois de comportement utilisés et testés. Le chapitre 2 est consacré à la modélisation du problème inverse avec utilisation du modèle de Grosberg et à son étude théorique et numérique. Le chapitre 3 reprend la démarche du chapitre précédent avec le modèle de Dahl. Outre la méthode numérique utilisée précédemment, nous utilisons une approche contrôle optimal et présentons des résultats plus rigoureux obtenus avec AMPL.

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Dissertations / Theses on the topic 'Matériaux composites Al/D'

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