Étude du comportement mécanique et de l’endommagement de divers matériaux composites smc soumis à des chargements de type dynamique, fatigue et dynamique post-fatigue

Résumé : Le dimensionnement au crash des structures automobiles en matériaux composites à renforts discontinus tels que les SMC est généralement réalisé sur la base de données expérimentales recueillies sur des matériaux vierges n’ayant subi aucun chargement depuis leur mise en œuvre. Or, les accidents proviennent après quelques années de mise en service durant lesquelles la structure composite est soumise généralement à des sollicitations de type fatigue à plus ou moins grande amplitude. La prise en compte d’un pré-endommagement éventuel en fatigue devient alors essentielle si l’on veut rester réaliste. Par ailleurs, de nouvelles formulations de matériaux composites SMC ont été récemment développées. Leur comportement en fatigue et sous sollicitation rapide étaient jusqu’à lors inexplorés. Cette étude à caractère fortement expérimentale a donc pour but d’apporter la connaissance nécessaire au dimensionnement de structures en matériaux SMC de diverses formulations, notamment le A-SMC et le LD-SMC. Le premier correspond à une matrice vinylester fortement renforcée de mèches de fibres de verre (50%). Le second correspond à une formulation proche de celle d’un SMC standard dans laquelle on a rajouté un fort taux de billes de verre creuse afin de réduire la densité. Une analyse multi-échelle permet de mettre en évidence l’influence de la microstructure sur les phénomènes d’endommagement sous sollicitation quasi-statique, dynamique et fatigue. Des méthodes originales d’analyse expérimentale sont développées afin de corréler ces mécanismes aux comportements macroscopiques observés. Les essais dynamiques rapides optimisés sont réalisés jusqu’à des vitesses de déformation de l’ordre de 80 s-1 et mettent en évidence un comportement visco-endommageable pour les deux matériaux SMC étudiés. Le décalage du seuil d’endommagement et la baisse de la cinétique d’endommagement observés à l’échelle macroscopique sont directement corrélés au seuil et cinétique des mécanismes d’endommagement observés à l’échelle locale telles que la rupture à l’interface fibre-matrice ou bille-matrice, la microfissuration de la matrice et le pseudo-délaminage entre les mèches de fibres de verre. Par ailleurs, une analyse multi-échelle du même type est également réalisée sous sollicitation de type fatigue dans laquelle les fréquences varient de 10 à 100 Hz. Une étude de l’influence des phénomènes d’auto-échauffement sur l’endommagement et le comportement du A-SMC est proposée. Enfin, une analyse originale des propriétés résiduelles sous sollicitation rapide d’échantillons préalablement fatigués à différents niveaux de fraction de durée de vie met en évidence une forte influence de l’histoire du chargement sur la sensibilité du A-SMC à la vitesse de sollicitation. L’ensemble des résultats de cette étude, de par son apport de compréhension des phénomènes mis en jeu, constitue la base expérimentale nécessaire à la construction d’outils de dimensionnement adaptés aux structures SMC sous sollicitations cycliques et dynamiques.
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Mécanique des matériaux [physics.class-ph]. Ecole nationale supérieure d'arts et métiers - ENSAM, 2017. Français. 〈NNT : 2017ENAM0013〉
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Soumis le : lundi 3 juillet 2017 - 16:27:09
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Mohammadali Shirinbayan. Étude du comportement mécanique et de l’endommagement de divers matériaux composites smc soumis à des chargements de type dynamique, fatigue et dynamique post-fatigue. Mécanique des matériaux [physics.class-ph]. Ecole nationale supérieure d'arts et métiers - ENSAM, 2017. Français. 〈NNT : 2017ENAM0013〉. 〈tel-01553663〉

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