Elasticité anisotrope et endommagement des matériaux composites : caractérisation ultrasonore et modélisation micromécanique

= Anisotropic elasticity and damage of composite materials : ultrasonic characterisation and micromechanical modeling

• Auteur / Autrice : Damien Ducret
• Direction : Jean-Claude Baboux, Rachid El Guerjouma
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des matériaux
• Date : Soutenance en 2000
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne1992?-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GEMPPM - Groupe d’Etudes de Métallurgie Physique et de Physique des Matériaux (Lyon, INSA1975-2007)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polymères -- Détérioration

Composites

Élastographie ultrasonore

Résumé

Une importante question en mécanique des matériaux composites anisotropes est la détermination de leurs propriétés d'élasticité effectives. En relation avec les propriétés des phases qui les constituent et de leur arrangement. Dans ce travail, nous nous sommes efforcés d'apporter des éléments de réponses à ce problème. Notre contribution à l'étude des propriétés mécaniques effectives en relation avec la microstructure concerne différents types de matériaux composites : certains à matrice métallique renforcée soit par des fibres d'alumine, soit par des inclusions de carbure de silicium ; d'autres à matrice polymère renforcée par des fibres de verre. Deux approches, 1 'une expérimentale et l'autre théorique, ont été développées parallèlement. La méthode expérimentale est une méthode non destructive en immersion utilisant la propagation des ondes ultrasonores en incidence variable associée à un processus numérique d'optimisation permettant de déterminer les constantes d ' élasticité. Les résultats obtenus sont analysés en relation avec une connaissance précise de la microstructure des matériaux, déterminée par des méthodes d'analyse d'images développées au laboratoire. L'approche théorique consiste à utiliser les modèles micromécaniques prédictifs basés sur le problème de 1' inclusion d'Eshelby (Mari et Tanaka. Ponte-Castaneda et Willis). Les résultats des différents modèles sont discutés au travers des résultats expérimentaux et en relation avec la microstructure. En ce qui concerne les composites à matrice polymère à haut taux de renfort. Les propriétés d'élasticité de l'interphase fibre/matrice ont été déduites à partir des résultats de l'évaluation ultrasonore. En inversant 1' approche micromécanique. Enfin pour ces matériaux, l'endommagement anisotrope résultant d'un vieillissement hygrothermique a été mis en évidence et interprété

A significant question in mechanics of anisotropic composite materials is the determination of their effective properties of elasticity in relation to the properties of their constitutive phases and to their arrangement. In this work, we were interested in various types of composite materials; some with metal matrix reinforced either by fibers of alumina or silicon carbide particles; others with polymeri c matrix reinforced by glass fibers. Two experimental and theoretical approaches were developed. The experimental method is an ultrasonic nondestructive technique in immersion using the propagation of the ultrasonic waves in variable incidence associated with a numerical optimization process to determine the elastic constants. The obtained results are analyzed in relation to a precise knowledge of the microstructure of the materials determined by image analysis methods developed within the laboratory. The theoretical approach consists in using the predictive micromechanical models based on the problem of the inclusion solved by Eshelby (Mori and Tanaka, Ponte-Castaneda and Willis). The results of the various models are discussed through experimental data and in relation to the microstructure. With regard to the composites with polymeric matrix at high rate of reinforcement, the elasticity properties of the fiber/matrix interphase were deduced from the results of the ultrasonic evaluation, by reversing the micromechanical approach. Finally, for these materials, the anisotropi c damage resulting from a hygrotherrnic ageing was highlighted and interpreted.