Analyse multi-échelles du comportement mécanique d’un éco-composite, constitué d’une matrice à base de résine thermoplastique renforcée de fibres de lin

Multi-scale analysis of the mechanical behavior of an eco-composite, consisting of a matrix based on thermoplastic resin reinforced with flax fibers

• Auteur / Autrice : Mondher Haggui
• Direction : Abderrahim El Mahi, Ali Akrout, Zouhaier Jendli
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur
• Date : Soutenance le 14/12/2019
• Etablissement(s) : Le Mans en cotutelle avec École nationale d'ingénieurs de Sfax (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'acoustique de l'Université du Mans - Laboratoire de recherche de Mécanique, Modélisation et Production (Sfax, Tunisie) - Laboratoire d'Acoustique de l'Université du Mans / LAUM

Mots clés

Mots clés contrôlés

Amortissement (mécanique)

Émission acoustique

Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)

Propriétés mécaniques

Éco-matériaux

Lin

Composites à fibres

Composites thermoplastiques

Mots clés libres

Biocomposite

Fibre de lin

Résine thermoplastique

Endommagement

Emission acoustique

Multi-échelles

Flax fiber

Thermoplastic resin

Damage

Acoustic emission

Multi-scale

Résumé

La recherche de solutions alternatives à l’utilisation de composites issus totalement ou partiellement de ressources renouvelables représente un enjeu environnemental majeur et un levier de développement économique pour les générations futures. La présente étude considère le choix d’un composite biosourcé élaboré à partir de fibres de lin associées à une résine thermoplastique. L’objectif des travaux de recherche consiste à analyser le comportement mécanique global, à identifier les principaux phénomènes physiques constatés, puis à analyser leurs mécanismes associés. Une analyse expérimentale du comportement mécanique en statique et en fatigue des composites stratifies unidirectionnels et croisés est présentée. Les techniques de l’émission acoustique et d’observations micro-méso-macroscopiques sont les principaux moyens utilisés pour la caractérisation des phénomènes de l’endommagement. Ensuite, une étude expérimentale du comportement vibratoire des poutres composites est réalisée. Dans un premier temps, les propriétés dynamiques des composites stratifiés, sains et endommagés ont été déterminées. À savoir le module de flexion et le facteur de perte sont évalués à partir des réponses en fréquences obtenues en mode linéaire. Dans un second temps, le comportement vibratoire non linéaire des composites sains et endommagés est exploré. Finalement, un modèle analytique qui tient compte des composantes propres à l’élasticité, à la plasticité, à l’endommagement et des paramètres de couplage est identifié et utilisé pour simuler le comportement mécanique global du matériau composite.

The search for alternative solutions to the use of composites wholly or partly derived from renewable resources represents a major environmental challenge and a lever for economic development for future generations. The present study considers the choice of a bio-based composite made from flax fibers associated with a thermoplastic resin. The objective of the research is to analyze the overall mechanical behavior, to identify the main observed physical phenomena, then to analyze their associated mechanisms. An experimental analysis of the mechanical behavior in static and fatigue of unidirectional and cross laminate composites is presented. The techniques of the acoustic emission and micro-meso-macroscopic observations are the main means used for the characterization of the damage phenomena. Then, an experimental study of the vibratory behavior of the composite beams is realized. At first, the dynamic properties of stratified, healthy and damaged composites were determined. Namely, the flexural modulus and the loss factor are evaluated from the frequency responses obtained in linear mode. In a second step, the nonlinear vibration behavior of healthy and damaged composites is explored. Finally, an analytical model that takes into account the components specific to elasticity, plasticity, damage and coupling parameters is identified and used to simulate the overall mechanical behavior of the composite material. Predictive numerical simulations are proposed to evaluate the effect of impact stresses at low speeds / energies on the mechanical behavior of the studied composites.