Efficacité du renforcement par composites collés vis-à-vis de la propagation de fissures de fatigue pour une application aux structures rivetées

Adhesively bonded composite reinforcement against fatigue crack propagation in the case of riveted structures

• Auteur / Autrice : Emilie Leprêtre
• Direction : Laurent Gaillet, Mohamadou Lamine Dieng, Sylvain Chataigner
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 11/01/2017
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut français des sciences et technologies des transports, de l’aménagement et des réseaux (France ; 2011-2019)
• Jury : Président / Présidente : Gilles Forêt
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Gaillet, Mohamadou Lamine Dieng, Sylvain Chataigner, Gilles Forêt, Emmanuel Ferrier, Yves Nadot, Frédéric Jacquemin, Julien Dallot, Patrick Rozycki
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Emmanuel Ferrier, Yves Nadot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rupture, Mécanique de la

Fatigue

Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)

Mots clés libres

PRFC

Fatigue

Structures rivetées

Mécanique de la rupture

CFRP

Fatigue

Riveted structures

Facture mechanics

Résumé

La fatigue représente la deuxième cause d’endommagement des structures métalliques anciennes après la corrosion. Celle-ci se manifeste par l’apparition de fissures, dans les zones fortement sollicitées présentant des concentrations de contraintes importantes, et peut mener à terme à la ruine de l’ouvrage. Dans le cas des structures métalliques anciennes, les fissures de fatigue s’amorcent généralement au droit des trous de rivets rendant difficile leur détection par les techniques de contrôle non destructif conventionnelles. De même, les matériaux métalliques anciens de la construction, et notamment le fer puddlé, limitent l’utilisation de certaines techniques. Dans le cadre de ce travail de thèse, l’objectif principal est d’étudier l’efficacité d’un renforcement par composites collés dans le cas de fissures de fatigue émanant de trous de rivets. Pour cela, des éprouvettes de petites dimensions, présentant un perçage central et une unique fissure de fatigue en bord de perçage, ont été considérées. De même, deux matériaux métalliques, acier doux et fer puddlé, ainsi que deux procédés de renforcement PRFC (polymères renforcés de fibres de carbone), à Module Normal et à Ultra Haut Module, sont étudiés. Pour chaque procédé de renforcement, différentes configurations de renforcement ont été testées et notamment la mise en précontrainte du plat composite MN avant collage. Cela a permis de mettre en évidence l’efficacité de la technique de collage de plats PRFC pour un renforcement à la fatigue de matériaux métalliques anciens. Par ailleurs, les expressions analytiques simples proposées pour le facteur d’intensité de contraintes pourront par la suite être utilisés pour une application aux structures rivetées en tenant compte de la présence du rivet ainsi que celle des plaques assemblées.

After corrosion, fatigue phenomenon is the main cause of damage in old metallic structures. Fatigue cracks appear in stress concentration area subject to high stresses, and can lead to the ruin of the bridge. In old metallic structures, fatigue cracks mainly occur at the edge of the rivet hole and are thus difficult to detect with the common non-destructive inspection technique (NDI). Moreover, due to the poor quality of the old metallic materials, particularly puddled iron, some of the NDI techniques cannot be used. The main objective of the present work is to study the effectiveness of carbon fibre reinforced polymer (CFRP) laminates in reinforcing fatigue crack emanating from the rivet hole. Thus, investigations on small-scale specimens were done. These specimens consist of metallic plates with center hole from which one single crack emanates. Two metallic materials, puddled iron and mild steel, and two reinforcement processes were used. These reinforcement processes consist of Normal Modulus (NM) and Ultra High Modulus (HHM) CFRP laminates. Furthermore, symmetrical and un-symmetrical reinforcement configurations are considered as well as pre-stressing NM laminates before application. The experimental results showed firstly the efficiency of the different studied reinforcement configurations in slowing down crack propagation. In conclusion of this work, the achieved results, particularly those in terms of Stress Intensity Factor, could be used for reinforcement of riveted structures by CFRP bonding, taking into account the presence of rivets as well as the presence of the others elements of the assembly.