Analyse de l'effet du vieillissement en milieu humide sur le comportement mécanique d'adhésifs en assemblages sous sollicitations multiaxiales

Analysis of the humid aging effect on the mechanical behaviour of adhesively bonded structures under multi-axial loads

• Auteur / Autrice : Nicolas Arnaud
• Direction : Jean-Yves Cognard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance le 18/11/2014
• Etablissement(s) : Brest
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la mer (Plouzané, Finistère)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire brestois de mécanique et des systèmes
• Jury : Président / Présidente : Olivier Allix
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Allix, Jean-François Ferrero, Frédéric Jacquemin, Peter Davies, Laurent Sohier, Romain Créac'hcadec
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-François Ferrero, Frédéric Jacquemin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Époxydes

Détérioration

Assemblages collés

Mots clés libres

Adhésif époxy

Vieillissement

Humidité

Caractérisation mécanique

Arcan modifié

Tractiontorsion

Analyse éléments-finis

Mahnken-Schlimmer

Identification inverse

Traitement de surface

Epoxy adhesive

Humid aging

Humid aging mechanical characterisation

Modified Arcan test

Tensiontorsion

Finite-elements analysis

Mahnken-Schlimmer

Inverse identification

Surface treatment

Résumé

Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre du développement de nouveaux traitements de surface« propres », performants et durables, en environnement humide notamment (hélicoptères de la marine). En effet, les traitements de surface actuellement utilisés à des fins de collage dans l’industrie aéronautique sont amenés à disparaitre (procédure REACH). Une méthodologie a donc été développée afin de pouvoir caractériser le comportement d’un adhésif vieilli dans un assemblage. Pour initier cette démarche, une méthode de caractérisation expérimentale de tenue d’assemblages collés à l’aide de dispositifs de sollicitations multiaxiales, a été mise en place. Un modèle élastoplastique (Mahnken-Schlimmer), dépendant de la pression hydrostatique et utilisant le formalisme non-associé, a été employé dans le but de prédire précisément le comportement 3D d’un adhésif en assemblage, en intégrant l’effet d’un vieillissement en milieu humide. Cette problématique a pour cela été découpée en deux principales étapes : une première étape de détermination du comportement mécanique à l’état non vieilli et une deuxième étape d’intégration de la concentration en eau dans le modèle. Une procédure d’identification séquentielle des paramètres du modèle a été proposée, basée sur des techniques d’analyse inverse couplant des simulations éléments-finis et un processus d’optimisation. Le modèle a été déterminé grâce à un essai Arcan modifié et validé grâce à un essai de Traction/Compression-Torsion développé dans cette étude. La méthodologie mise en place a été appliquée à l’analyse de l’influence de nouveaux traitements de surface, conformes à REACH, sur le comportement vieilli de l’assemblage.

This study deals with the development of new surface treatments, “clean”, efficient and durable, particularly in humid environments (marine helicopters). Indeed aeronautical pre-bonding treatments are meant to disappear (REACH procedure). Then a methodology has been developed to characterize the behaviour of an aged adhesive in an assembly. To initiate this approach, an experimental characterization method has been set up, using multi-axial tests. An elastic-plastic model (Mahnken-Schlimmer) depending on the hydrostatic stress and following the non-associated formalism has been employed in order to accurately predict the 3D behaviour of an adhesive in an assembly. It includes the humid aging effect. The problematic was then split in two steps. First the mechanical behaviour for the unaged state was determined. Then the moisture parameter was integrated in the model. A sequential identification procedure of the model parameters was thus proposed. It uses inverse identification techniques and couples finite-elements simulations to an optimisation process. A modified Arcan test was used to determine the model parameters. The validation was realized with a Tension/Compression-Torsion test dedicated to the study. The resulting methodology was employed to analyze the influence of new surface treatments which respect REACH on the aged behaviour of the assembly.