Comportement mécanique des composites sandwichs en statique et fatigue cyclique

• Auteur / Autrice : Muhammad Khawar Farooq
• Direction : Abderrahim El Mahi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Le Mans

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matières plastiques stratifiées

Flexion (mécanique)

Matériaux -- Fatigue

Composites

Résumé

L'objectif de ce travail est de mettre en évidence un comportement général vis à vis de la fatigue des composites sandwichs en flexion. Une étude détaillée est menée pour caractériser le comportement mécanique des constituants du sandwich en statique et en fatigue. La peau est sollicitée en flexion alors que l'âme est sollicitée en compression, en cisaillement, en flexion trois-points et en poinçonnement. La théorie des plaques sandwiches dans le cas de la flexion trois-points est utilisée pour caractériser la performance des sandwichs en fonction de la densité et de l'épaisseur de l'âme. Des essais de fatigue cyclique sont conduits en contrôle force et en contrôle déplacement sur des éprouvettes sandwiches. Ensuite, la durée de vie des matériaux sandwichs en fonction des conditions de chargement est déterminée en utilisant le critère N10. Les durées de vie sont caractérisées par les courbes de Wöhler et ont permis de mettre en évidence l'influence de l'épaisseur et de la densité de l'âme du sandwich sur la tenue en fatigue des matériaux. Les résultats déduits des essais de fatigue ont permis également de développer une description du comportement en fatigue des matériaux sandwichs en flexion 3-points. Cette description est abordée en utilisant la réduction de la rigidité en fonction du nombre de cycles. Ensuite, une approche fondée sur l'analogie entre le comportement et l'évolution de l'endommagement par fatigue des sandwichs est utilisée pour définir le paramètre d'endommagement. Le modèIe développé est appliqué à cette approche pour analyser l'endommagement de différents sandwichs au cours du cyclage. La confrontation des résultats analytiques et expérimentaux sont pour la plupart en bonne concordance.

The aim of the this study is to investigate the mechanical behaviour of sandwich composite materials under static and fatigue. Initially, static and fatigue testing of cores in compression, indentation, shear and three-point bending tests and skins in flexural tests are conducted to derive the mechanical behaviour and the characteristics for the constituants of the sandwich composites. Detailed investigations have been carried out to study the performance of sandwich specimens of different core thickness and densities at various span lengths in static flexural tests. Phenomena of pure bending and shear are characterised at different span lengths and compared to the results obtained by the sandwich beam theory. Damage initiation, progression, coalescence and failure are observed in sandwich specimens during fatigue testing and correlated with stiffness degradation. Mechanical behaviour of sandwich composites is highly affected by the core thickness and the density of the foams and depends on the type of loading, the frequency, as well as the applied loading levels and ratios. Fatigue life is characterised by Wohler curves using N10 criterion for different types of sandwich composites. Finally, analytical models are developed on the basis of a stiffness degradation approach to predict the fatigue life and damage development in sandwich composite materials. A good agreement is found between experimental and analytical results.