ETUDE DU COMPORTEMENT MECANIQUE DE MATERIAUX COMPOSITES SOUS CHARGEMENT CYCLIQUE ET DYNAMIQUE

Abstract

L’objectif principal de ce travail est la mise au point d’un ensemble d’outils permettant de donner des indications précises sur le dommage de deux matériaux composites de fabrications différentes chargés en flexion et en traction cyclique. Une étude détaillée est menée pour caractériser le comportement mécanique en statique des matériaux considérés en flexion et en traction. Les résultats obtenus ont servis de données pour les essais cycliques. Trois démarches expérimentales sont abordées pour décrire les comportements mécaniques des stratifiés composites sous chargements cyclique et dynamique: Par la première démarche on mesure l’une des caractéristiques intrinsèques du stratifié et plus particulièrement les modules d’élasticités en flexion et en traction cyclique. En flexion cyclique une dégradation de la rigidité de ces matériaux est enregistrée dès les premiers cycles en charge et en décharge. L’augmentation du nombre cycles a conduit à une augmentation des dommages déduits, indépendamment du type de chargement. En traction cyclique seul l’unidirectionnel a présenté un comportement linéaire élastique jusqu’à la rupture en charge et en décharge. Les pertes de rigidités et donc les dommages déduits sont plus importants en décharge qu’en charge. Ce constat est lié aux phénomènes de glissement avec frottement des mécanismes de ruptures et d’endommagements créés en chargement. La mesure du module instantané est une démarche efficace pour la description de la dégradation du matériau et donc la quantification des dommages des composites chargés, mais elle ne peut être appliquée à des unidirectionnels dont le comportement est linéaire élastique jusqu’à la rupture. La deuxième démarche est basée sur la technique d’émission acoustique en utilisant une classification non supervisée multi variables K-moyens à cinq descripteurs, la validité des classes est assurée par la minimisation du coefficient Rij. Les résultats obtenus ont conduit à une bonne concordance des courbes de comportement essais mécaniques - émission acoustique. Trois types de dommages sont recensés et localisés par matériaux et par type de chargement. Les premiers dommages apparaissent dans la matrice, Ils sont suivis dans l’ordre par la rupture de l’inter plis ou la décohésion fibre matrice et la rupture des fibres. Les ruptures de fibres sont plus localisables en cyclique qu’en statique. La troisième démarche est une application des vibrations linéaires pour la caractérisation et le suivi de l'endommagement des composites stratifiés chargés. Les courbes expérimentales réponses en fréquences font apparaître des pics correspondants aux fréquences de résonances des poutres. Lorsque le niveau de chargement augmente, les pics de résonances se décalent vers les basses fréquences. Ce décalage est plus important lorsque la fréquence de résonance augmente. En effet, l’augmentation du niveau de chargement entraîne une augmentation du taux d’endommagement du matériau diminuant ainsi sa rigidité en flexion et donc ses fréquences de résonance. Cette étude a confirmé la possibilité d’utiliser les vibrations linéaires comme outil de contrôle de santé des matériaux composites en service.