Comportement en fatigue avant et après impact de composites tissés chanvre/époxy

Fatigue behaviour before and after impact of woven hemp/epoxy composite

• Auteur / Autrice : Davi Silva de Vasconcellos
• Direction : Fabienne Touchard, Laurence Chocinski
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance le 19/12/2013
• Etablissement(s) : Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique (Poitiers ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Pprime / PPRIME
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Jacquemin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nathalie Godin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Wesley Cantwell, Carlo Santulli

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microtomographie

Émission acoustique

Éléments finis, Méthode des

Simulation par ordinateur

Durée de vie (ingénierie)

Choc (mécanique)

Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)

Fibres végétales

Composites à fibres

Mots clés libres

Composites à fibres naturelles

Natural fibre-based composites

Résumé

Cette étude porte sur un composite de tissu de chanvre et matrice époxy. Des essais ont d’abord été réalisés sur les constituants. Ils ont montré que le comportement des fils imprégnés par de la résine est plus représentatif du comportement dans le composite que celui des fils secs. Ces essais ont aussi permis de déterminer les paramètres matériaux nécessaires pour l’élaboration d’un modèle par éléments finis d’un pli du composite. Ce modèle est basé sur une simplification de la représentation du tissu. La variabilité des propriétés des constituants a été prise en compte. Les champs de déformation ont été comparés avec ceux mesurés par la technique de DIC à la surface des composites. Des essais de fatigue ont été réalisés sur les composites [0°/90°]7 et [±45°]7. L’échauffement a été mesuré par caméra IR, les endommagements ont été suivis par EA et par une caméra haute résolution. Des observations ont été effectuées par microscopie et par microtomographie X. Une analyse approfondie des mécanismes d’endommagement a été réalisée. Un modèle de courbe SN de fatigue a été adapté aux composites chanvre/époxy étudiés. La tenue à l’impact et le comportement mécanique postimpact du composite chanvre/époxy [0°/90°]7 ont été étudiés. Les résultats ont montré l’influence d’un impact non destructif sur la durée de vie en fatigue de ce composite, et l’évolution de l’endommagement a été analysée. Il a été montré que le modèle des courbes S-N de fatigue peut s’appliquer aux éprouvettes impactées. Il est ainsi possible de prédire la durée de vie en fatigue du composite impacté à partir de sa contrainte à rupture en traction et du comportement en fatigue du matériau sain.

This study focuses on a woven hemp/epoxy composite. Tests were first conducted on its components. They showed that the behaviour of resin impregnated yarn is more representative of the yarn behaviour in the composite than the dry yarn usually studied. These tests were also used to determine the material parameters necessary for the development of a finite element model of a composite ply. This model is based on a simplified representation of the fabric. Variability of properties of the components was taken into account. Strain fields were compared with those measured by the DIC technique on the surface of the composites. Fatigue tests were conducted on composites [0°/90°]7 and [±45°]7. Heating was measured by IR camera; the damage was followed by AE and high resolution camera. Observations were made by microscopy and X-ray microtomography. A detailed analysis of damage mechanisms was performed. A model of S-N fatigue curve was adapted to the studied hemp/epoxy composite. The resistance to impact and the post-impact mechanical behaviour of the [0°/90°]7 hemp/epoxy composite were studied. The results showed the influence of a non-destructive impact on the fatigue life of the composite, and the evolution of the damage was analyzed. It has been shown that the model of S-N fatigue curve can be applied to impacted specimens. It is thus possible to predict the fatigue life of the impacted composite from the tensile strength and fatigue behaviour of the non-impacted material.