Étude thermomécanique pour la conception de la fatigue de pièces en plastique renforcées de fibres de verre courtes

Thermomechanical investigation for the fatigue design of short glass fibers reinforced plastic parts

• Auteur / Autrice : Prashanth Rajkumar Santharam
• Direction : Yann Marco
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance le 24/06/2020
• Etablissement(s) : Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche Dupuy de Lôme
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Vibracoustic - Solvay SA France
• Jury : Président / Présidente : Habibou Maitournam
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lucien Laiarinandrasana, Delphine Notta-Cuvier, Vincent Le Saux, Matthieu Le Saux, Pierre Charrier, Gilles Robert
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Habibou Maitournam, Lucien Laiarinandrasana, Delphine Notta-Cuvier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plasticité

Modèles mathématiques

Viscoélasticité

Durée de vie (ingénierie)

Automobiles -- Matériaux -- Fatigue

Propriétés thermomécaniques

Contraintes (mécanique)

Matières plastiques renforcées avec des fibres

Polyamides

Ressorts et suspension

Automobiles -- Châssis

Mots clés libres

Thermoplastique renforcé par des fibres courtes

Distribution de l'orientation des fibres

Critères de fatigue

Modèle visco-élastique et plastique

PA66-GF

Short fibre-reinforced thermoplastic

Fibre orientation distribution

Fatigue criterion

Viscoelastic and plastic model

PA66-GF

Résumé

Les composites à matrice polyamide renforcée par des fibres de verre courtes sont des matériaux plus en plus utilisés pour le remplacement de pièces métalliques dans l'industrie automobile, notamment parce qu'ils sont légers et faciles à mettre en oeuvre. Les composants automobiles sont généralement soumis à des charges de fatigue au cours de leur cycle de vie, ce qui rend nécessaire d'avoir une durée de vie fiable ou prévisible. Les thermoplastiques renforcés de fibres de verre courtes (SGFR) sont utilisés dans les pièces structurelles telles que les attaches supérieures de jambe de suspension et le système de fixation moteur, où ils sont soumis à des charges thermomécaniques complexes. Au cours de cette étude, notre objectif est d’analyser le comportement en fatigue du matériau lorsqu'il est soumis à des charges thermomécaniques afin de prédire sa durée de vie. En outre, la matrice du PA66 est sensible aux conditions thermo-hygrométriques. Dans cette thèse, deux conditions sont investiguées. La première à RH50% T80°C est représentative de l’atmosphère du compartiment moteur, et la deuxième RH80% T23°C est représentative de l’environnement châssis. Des résultats massifs de fatigue et de loi de comportement ont été créés pour les deux conditions sur des éprouvettes Dog-bone. Ces résultats ont été utilisés pour analyser, développer et valider des critères de fatigue unifiés et des lois de comportement investiguées.

Composites with a polyamide matrix reinforced with short glass fibres are materials increasingly used for the replacement of metal parts in the automotive industry, in particular because they are light and easy to process. Automotive components are generally subjected to fatigue loads during their lifecycle, making it necessary to have a reliable or predictable lifespan. Short glass fibre reinforced thermoplastics (SGFR) are used in structural parts such as suspension strut top attachments and engine mounting system, where they are subjected to complex thermomechanical loads. During this study, our objective is to analyse the fatigue behaviour of the material when subjected to thermomechanical loads in order to predict its service life. In addition, the PA66 matrix is sensitive to thermo-hygrometric conditions. In this thesis, two conditions are investigated. The first at RH50% T80°C is representative of the engine compartment atmosphere, and the second RH80% T23°C is representative of the chassis environment. Massive fatigue and behaviour law data were created for both the conditions on dog-bone samples. These data were used to analyse, develop and validate unified fatigue criteria and behaviour law investigated.