Etude de la déformation non élastique de composites unidirectionnel verre-résine époxyde : prévision du comportement mécanique (module dynamique, fluage)
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
Those last years, mechanical properties of composite materials have led technologists to substitute them to metallic materials in many applications. Industrial materials are however linked to the best knowledge of their behaviour in service. This implies the conservation of functional characteristics of composite structures when submitted to mechanical solicitations and various environments. This work is a contribution to study of the thermomechanical behaviour of unidirectional glass epoxy composites. The main experimental techniques involve viscoelastic properties. Mechanical spectrometry reveals the existence of several mechanical relaxation. The α relaxation associated to the glass-rubber transition appears as a good indicator of the molecular mobility and microstructure of polymer. The influence of the reinforcement on the dynamic behaviour of the composite has been studied. Tests of creep have been carried out on the matrix and composite with deviated directions in respect to the orientation of the fibers. Nonlinear character of the viscoelasticity behaviour is also observed with the composite. A physical model previously developed on molecular basis has been used to describe the viscoelasticity behaviour of the matrix. The non-homogeneous dispersion of fibers in the composite material is carried out using the self-consistent model with three phases repeated in three stages which the purpose to take into account the particular morphology of the system. In torsion the model correctly predicts the dynamic mechanical response. However such as approaches overestimates the creep under transverse traction solicitation. The hypothesis of existence of an interface with specific properties as used in this description has been specified with the nano indentation technique and supported by finite elements calculations. To sum, the viscoelastic behaviour of unidirectional glass-epoxy resin composites is clearly analysed through mechanical spectrometry and creep tests by taking into account the morphology. This approach is tentatively improved to consider the high stress nonlinear regime as well.
Abstract FR:
Les caractéristiques mécaniques de plus en plus élevées des matériaux composites ont conduit, ces dernières années, à les substituer aux matériaux métalliques dans de nombreuses applications. Les débouchés industriels de ces matériaux sont cependant étroitement liés à une meilleure connaissance de leur comportement en service. Ceci implique la conservation des caractéristiques fonctionnelles des structures composites soumises à des sollicitations mécaniques et environnementales prolongées de travail est une contribution à l’étude du comportement thermo-mécanique d’un matériau composite unidirectionnel verre-époxyde. Il repose sur l'utilisation de techniques expérimentales de j caractérisation des propriétés viscoélastiques. L'analyse par spectrométrie mécanique révèle l'existence 1 de plusieurs relaxations mécaniques. La relaxation principale α associée à la transition vitreuse apparaît comme un bon indicateur de la mobilité moléculaire et de l'état microstructural du polymère. L'influence du renfort sur le comportement dynamique du composite a été étudiée. Des essais de fluage ont été effectués sur la résine et sur le composite, dans des directions déviées par rapport à l'orientation des fibres. Le caractère non linéaire de la viscoélasticité propre à la résine époxyde est également apparent pour le composite. On décrit le comportement viscoélastique de la résine au moyen du modèle physique de Perez. L'homogénéisation du matériau composite est effectuée au moyen d'un modèle série-parallèle ou d'un modèle auto-cohérent à trois phases, de façon répétitive, afin de tenir compte de la morphologie particulière du système (distribution non uniforme des fibres de verre dans la matrice, présence d'une interphase). Le modèle prédit correctement la réponse dynamique en torsion. Par contre, il surestime le fluage sous sollicitation de traction transversale. L'hypothèse de l'existence d'une interphase à propriétés spécifiques est l'objet de mesures de nano indentation. Les résultats sont confrontés à ceux d'une modélisation par éléments finis destinée à faire la part des influences mécanique et rhéologique sur le gradient des propriétés mécaniques apparentes.