Durability of mechanical performance of prestressed bolted composite joints in a hygro - thermo - mechanical environment

par Ivanna Pivdiablyk

Thèse de doctorat en Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces

Sous la direction de Patrick Rozycki.

Le président du jury était Hélène Dumontet.

Le jury était composé de Patrick Rozycki, Hélène Dumontet, Marco Gigliotti, Benoit Vieille, Laurent Gornet, Frédéric Jacquemin, Pierre Chalandon.

Les rapporteurs étaient Marco Gigliotti, Benoit Vieille.

  • Titre traduit

    Durabilité des performances mécaniques des assemblages boulonnés précontraints en composites dans un environnement hygro - thermo - mécanique


  • Résumé

    Ces travaux , menés en collaboration avec le CETIM , portent sur la performance mécanique des assemblages boulonnés précontraints en matériaux composites pour les secteurs automobile et aéronautique. En raison de l'application contrôlée de précontrainte , les assemblages boulonnés occupent une partie importa nte dans l’industrie. Les conditions environnementales de service ont tendance à varier au cours du temps , ayant un effet sur les composites thermoplastiques sensibles à la température et à l'humidité. Une estimation des propriétés élastiques hors plan des composites est donc essentielle pour un dimensionnement précis des assemblages boulonnés. L'objectif de la thèse est de prendre en considération et d'analyser l'impact environnemental sur les matériaux composites thermoplastiques afin d'améliorer un modèl e analytique d’assemblages boulonnés. Des protocoles de conditionnement sont proposés afin d’évaluer d’une manière précise l'état des matériaux à plusieurs niveaux d'Humidité Relative. L'effet du vieillissement humide est étudié à travers la caractérisation mécanique d'une résine pure et de de ux matériaux composites tissés . Les simulations numériques fournissent les propriétés hors plan en lien avec les effets environnementaux permettant l'estimation de la souplesse des matériaux. Des essais mécaniques sur les assemblages boulonnés en composite s sont proposés afin de déterminer la perte de précontrainte au cours du temps et de relier les propriétés mécaniques des composites à la durabilité des assemblages.


  • Résumé

    The present work , pursued in collaboration with CETIM , is focused on the mechanical performance of preloaded bolted composite joints for automotive and aeronautical fields. Owing to the controlled preload application , bolted joints occupy a significant segment in the industry. Working environmental conditions tend to vary over time, affecting sensitive to temperature and humidity thermoplastic composites. An estimation of out - of - plane elastic properties of composites is , therefore, essential for an accurate dimensioning of bolted joints. The objective of the t hesis is to take into consideration and analyse the environme ntal impact on woven thermoplastic composite materials in order to ameliorate an analytical model for bolted composite joints. Conditioning protocols are proposed for an accurate evaluation of m aterial state at several Relative Humidity levels. Effect of humid ageing is investigated through the performed mechanical characterisation of a neat thermoplastic matrix and two woven composite materials. Numerical simulations provide the out - of - plane environment - related properties enabling the material compliance estimation. Mechanical testing of bolted composite joints is proposed to determine the loss of preload over time and to relate composite mechanical properties to the durability of joints.


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