Caractérisation et modélisation des contraintes résiduelles dans les pièces composites épaisses

Residual stresses characterization and modelling in thick composite parts

• Auteur / Autrice : Mylène Deléglise-Lagardère
• Direction : Christophe Binétruy, Patricia Krawczak
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science des matériaux
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Lille 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polymérisation

Modèles mathématiques

Transfert de chaleur

Mesure

Contraintes résiduelles

Composites polymères

Résumé

Les matériaux composites à matrice polymère sont de plus en plus utilisés pour réaliser des pièces de structures épaisses. Des retraits thermique et chimique se produisent lors de leur fabrication, induisant des contraintes résiduelles. Une méthode de mesure de ces dernières basée sur la relaxation de contraintes par dissolution de couches successives de matériau est proposée. Les profils de contrainte obtenus ont été retrouvés par le calcul. L'approche proposée repose sur la prévision de l'histoire thermique de la pièce et de l'évolution du degré de polymérisation de la résine. Ensuite, le profil de contrainte est calculé en appliquant la théorie des stratifiés. L'évolution des contraintes lors de la polymérisation et l'importance de la température au pic de polymérisation ont ainsi été établies. De plus, une méthode inverse de caractérisation de paramètres thermiques induits par l'écoulement de résine est présentée. Elle permet de prédire avec précision l'évolution de la température et donc le profil de contrainte pour tout procédé de fabrication.

Polymer matrix composite materials are more and more chosen for thick structural parts applications. However, thermal and chemical shrinkages can occur during resin polymerization, creating residual stresses. An experimental method based on incremental matrix dissolution for stress relaxation was developed to determine residual stress profiles. Those profiles were comparable to those obtained numerically. The developed approach is based on the thermal and curing history prediction during composite manufacturing. The residual stress profile is then calculated using the laminate plate theory. The generation of residual stresses as well as the temperature at the polymerization peak were shown to be of great importance. Moreover, an inverse method for determination of thermal parameters induced by resin flows during composite manufacturing was presented. The temperature profile and thus the residual stresses can then be modelled accurately.