Contribution à l'étude de l'endommagement d'impact de composites stratifiés : influence du vieillissement hygrothermique et d'un préchargement

Contribution to the study of impact damage on composite laminates : the effect of hygrothermal ageing and preloading

• Auteur / Autrice : Hanan Binte Mokhtar
• Direction : Shahram Aivazzadeh, Olivier Sicot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique et énergétique
• Date : Soutenance le 31/10/2012
• Etablissement(s) : Dijon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Département de Recherche en Ingénierie des Véhicules pour l'Environnement (DRIVE) (Nevers)
• Jury : Président / Présidente : Alexis Beakou
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yulfian Aminanda
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Laurent Gallimard, Xiao-Lu Gong

Mots clés

Mots clés contrôlés

Impact

Propriétés mécaniques

Matériaux -- Détérioration

Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)

Essais de résilience

Stratifiés

Mots clés libres

Matériau composite

Impact

Ultrasons C-scan

Vieillissement hygrothermique

Quasi-isotrope/quasi-homogènes

Multi-impacts

Composite material

Impact

Ultrasonic C-scan

Hygrothermal ageing

Quasi-isotropic/quasi-homogeneous

Mutli-impact

Résumé

Ce travail a pour but d'étudier la tolérance à l'impact de 3 stratifiés carbone/époxy soumis simultanément à différents types de chargements hygrothermiques et mécaniques. Ces stratifications présentant des caractéristiques mécaniques globales particulières d'isotropie, il s'agit ici de déterminer l'influence de la séquence d'empilement sur le développement de l'endommagement lors d'un impact. Dans un premier temps, la cinétique de vieillissement hygrothermique des trois stratifications est étudiée et analysée. Ensuite, leur tolérance à un unique impact ainsi qu'à des impacts répétés est évaluée. L'endommagement résultant de ces impacts est analysé par contrôle ultrasonore. La morphologie générale et l'amplitude de l'endommagement dans la profondeur des matériaux sont mises en relation avec les propriétés mécaniques et la séquence d'empilement spécifique à chaque stratifié. Dans un deuxième temps, l'influence combinée de plusieurs sollicitations est étudiée. Différents scénarii associant un vieillissement hygrothermique ainsi qu'un ou deux impacts sont mis en oeuvre. L'endommagement résultant est mis en rapport avec les temps relatifs de vieillissement et la position des impact durant le cycle de vieillissement. Ensuite, l'influence d'une précharge de traction sur la tolérance à l'impact est mise en évidence. Un montage spécifique a été conçu et fabriqué pour réaliser ces tests. Enfin, l'association d'un vieilllissement hygrothermique et d'une précharge de traction est abordée afin d'identifier la sollicitation la plus pénalisant en terme de tolérance et d'impact

This study examines impact damage processes in three types of CFRP composite materials simultaneously subjected to different hygrothermal and mechanical loading conditions. The composite structures tested are chosen for having particular global isotropic responses when loaded, the aim being to ascertain the exact influence of lay-up sequence on impact damage propagation. The work is presented in four main sections. Firstly by establishing hygrothermal ageing dynamics for the three composite structure types and their behaviour when impacted once or several times ; impact damage is measured and analysed using ultrasonic method. The extent and general morphology of the damage through the material thickness is correlated with mechanical properties and lay-up sequence specific to each material. Secondly the influence of simultaneous load combinations is examined. These include different durations of hygrothermal ageing associated with single or double impacts.The resulting damage incurred is analysed with respect to overall ageing time and time during the ageing cycle when the impact was applied. Thirdly the effect of tensile loading during impact on damage within the material was studied. This was achieved using a specially designed test apparatus that allows loading and impacting conditions to be independently modified. By associating a high-speed digital camera to film specimen impacts it is possible to evaluate a relationship between overall composite specimen stiffness and the impact damage. Finally, in order to identify the most unfavourable situation with regard to impact damage resistance an association between hygrothermal ageing and an applied tensile load is examined