Étude expérimentale des mécanismes de coupe des matériaux composites carbone-époxy : application au perçage

par Yosra Turki

Thèse de doctorat en Génie des procédés. Mécanique matériaux comportement

Sous la direction de Pascal Vantomme.

Soutenue en 2013

à Amiens , dans le cadre de École doctorale Sciences, technologie et santé (Amiens) , en partenariat avec Laboratoire des technologies innovantes (Amiens) (laboratoire) .


  • Résumé

    L'évolution de l'utilisation des composites carbone/époxy en aéronautique exige une meilleure compréhension de l'influence des conditions d'usinage sur ces matériaux. L'objectif de cette thèse est d'établir, en se basant sur l'expérimentation, le lien entre les conditions d'usinage, le comportement du composite carbone/époxy usiné et la tenue mécanique des stratifiés. L'étude de la coupe orthogonale montre que l'orientation des fibres, par rapport au sens d'avance de l'outil de coupe, définit les mécanismes de formation du copeau et influe sur l'état de surface usinée, le type de défauts et leur ampleur. Cette étude est ensuite appliquée au perçage. L'effet de l'orientation des fibres sur l'apparition des défauts est également observé. Concernant les paramètres de coupe, l'avance a une influence plus marquée sur l'état du trou percé que la vitesse de rotation. Son augmentation génère l'amplification des défauts de perçage. Dans le cas des forets possédant des arêtes de coupe, les défauts (délaminage, arrachement des fibres, fibres mal coupées…) sont typiques et une nette amélioration de la qualité des trous est obtenue avec un outil ayant des pointes extrêmes. Une dégradation thermique est notée avec le foret trépan diamanté. Le renforcement du stratifié par piquage hors plan (une nouvelle architecture développée afin de combler les lacunes du composite 2D) permet une réduction du délaminage engendré par l'effort de poussée à l'intérieur du trou, par rapport au composite non cousu. Les essais mécaniques de traction sur des éprouvettes percées montrent aussi l'intérêt du renforcement. La couture freine la propagation du délaminage, réduit la déformation de l'éprouvette, améliore la tenue de l'éprouvette aux sollicitations mécaniques et atténue l'effet des défauts de perçage

  • Titre traduit

    Experimental study of cutting mechanisms of carbon / epoxy composite materials : application to drilling


  • Résumé

    The evolution of carbon/epoxy composites use in aeronautics requires a better comprehension of the machining conditions influence on these materials. Based on the experimentation, this study aims to establish the relationship between machining conditions, behavioche mra genie r of the machined composite and the mechanical resistance of laminates. An orthogonal cutting study shows that fibers orientation defines the mechanisms of chip formation and influences the machined surface quality and defects (size and shape). This study is then applied to drilling. The fibers orientation effect on defects location is also observed. Concerning cutting parameters, feed has more influence on the drilled hole than spindle speed. Its increase leads to the rise of drilling defects (delamination, fibers chip-out, uncut fibers…). Moreover, drill geometry has a major influence on the studied parameters. The best results are obtained with spur drill owing to the presence of two extreme points which better shear so cut carbon fibers. When drilling with a core drill bit, a chip evacuation problem and then a penetration issue has been encountered. Very high cutting forces has been recorded and a thermal degradation has been observed on surface and along the holes inside surfaces. The laminate reinforcement by Tufting (a new architecture developed in order to fill 2D composite gaps) allows a reduction of the delamination inside the hole generated by the thrust force, compared to the 2D composite. Quasi-static tensile tests show also the reinforcement benefit. The seam reduces delamination propagation and deformation of the laminate, improves its resistance to the mechanical loading and mitigates the effect of drilling defects

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Informations

  • Détails : 1 vol. (135 p.)
  • Annexes : Bibliogr. (89 réf.).

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Université de Picardie Jules Verne. Bibliothèque universitaire. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : T 51 2013-9
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