Prédiction de la rupture adhésive des assemblages collés de substrats métalliques

Prediction of adhesive failure of metallic bonded joints

• Auteur / Autrice : Thiago Vasconcellos Birro
• Direction : Frédéric Lachaud, Maëlenn Aufray
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique, mécanique des matériaux
• Date : Soutenance le 08/07/2021
• Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Aéronautique-Astronautique (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Clément Ader (Toulouse ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Institut supérieur de l'aéronautique et de l'espace (Toulouse, Haute-Garonne). Département mécanique des structures et matériaux
• Jury : Président / Présidente : Valérie Nassiet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Lachaud, Maëlenn Aufray, Valérie Nassiet, Éric Martin, Silvio Romero De Barros, Romain Créac'hcadec, Gilles Lubineau, Eric Paroissien
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Éric Martin, Silvio Romero De Barros

Mots clés

Mots clés contrôlés

Flexion (mécanique)

Agrégats métalliques

Assemblages collés

Mots clés libres

Joints Adhésifs

Rupture adhésive

Propriétés interfaciales

Flexion trois points

Critère couplé

Macro-Éléments

Bonded joints

Adhesive failure

Interfacial properties

Three-Point bending test

Coupled criterion

Macro-Element

Résumé

Dans le cadre de la technologie d'assemblage par collage, l'évaluation des propriétés interfaciales est essentielle afin de déterminer la réponse globale de l'assemblage collé. En ce qui concerne la caractérisation mécanique des assemblages collés, une grande gamme de tests est largement utilisée pour déterminer les propriétés des adhésifs (rupture cohésive) et peu de tests sont disponibles afin d’évaluer les propriétés interfaciales entre les adhésifs et les substrats (rupture adhésive). Ainsi, parmi les tests de caractérisation d’une rupture adhésive, le test de flexion trois points peut être appliqué afin d’examiner les interactions entre l'adhésif et le substrat. Néanmoins, une comparaison directe de l’adhérence entre ce test et d’autres essais n’est pas possible, en raison des répartitions des contrainte et de modes de sollicitations différents. Une solution pratique pour résoudre ce problème consiste à l’application d’un critère couplé contrainte-énergétique (CC) puisque les propriétés d'interface sont indépendantes de l'épaisseur du substrat et/ou adhésif. Ces travaux de thèse proposent une méthode originale d'exploitation des essais de flexion trois points pour déterminer les propriétés interfaciales. Cette méthode est basée sur le critère couplé alimenté par une modélisation simplifiée par macro-éléments de l'essai..De plus, le comportement global du test de flexion trois points a été établi en termes d’adhérence, de taux de restitution d’énergie incrémentale et de contrainte critique. La thèse vise à faire un premier lien entre les propriétés interfaciales du système polyépoxy-aluminium et les propriétés cohésives de l’adhésif. Ainsi, cette thèse peut être vue comme un premier pas vers la capacité à prédire la rupture interfaciale dans le cadre d'un test de flexion trois points. En conclusion, l'apparition d'une rupture adhésive ou cohésive et la propagation de rupture instable ou stable des assemblages collés ont été triées et classées en fonction des propriétés d'interface.

In the frame of the adhesive bonding technology, the assessment of interfacial properties has an essential role in determining the adhesive joints' global responses. Various surface preparations are available for each type of metallic substrate. There are plenty of tests widely used for mechanical characterization to determine the adhesive properties and few tests to assess interfacial properties. For such a case, a specific three-point bending test can be applied to examine the interactions between adhesive and substrate. On the other hand, a direct comparison of the critical force is not always possible because of geometrical incompatibility. A practical solution for the last issue is applying a coupled stress-energy criterion (CC) to asses the adhesive-to-substrate interface, and therefore, the mechanical properties of the interface are no more dependent on the geometry considered. In the present works, the interfacial properties between an aluminum alloy 2024-T3 and the adhesive DGEBA/DETA™ under many preparation conditions were determined using the CC and the macro-element technique.As a result, the three-point bending test's overall behavior is established in terms of interface strength (adherence), such as incremental energy release rate and critical stress. The Thesis aims to propose a preliminary correlation of an epoxy-aluminum system and the cohesive properties of such an adhesive. Thus, the Thesis can be read as the first work towards the ability to predict the interface failure in the frame of three-point bending test using different geometries. In conclusion, the occurrence of an adhesive or cohesive failure and the unstable or a stable failure propagation of the adhesively bonded system are sorted and classified as a function of interface properties.