Comportement thermomécanique en présence ou non d'une entaille, sous régimes statique et dynamique, d'un composite multidirectionnel carbone-carbone
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
Thermomechanical behaviour under static and cyclic loading, of multidirectionnal laminated C/C composites materials, with or without notches. This study about the thermomechanical behaviour of a laminated C/C composite is divided in four parts. Firstly, the observations of the microstructure show the complex architecture of this composite. Thermal residual stresses are estimated. The mechanical behaviour at different scale of the microstructure is studied. Especially, the mesoscopic scale is characterised by micromechanical tests ("bundle pull-out", bundle tensile tests). Secondly, tensile tests were performed. Tensile curves exhibit a large non-linearity and a residual strain. Theory of laminated is used to model the evolution of the apparent modulus. In addition, "a tensile master curve" is defined and is used to demonstrate the isotropic nature of cracking in this material. Thirdly, cyclic fatigue tests were performed, and the material show a fatigue effect under cyclic loading. The failure under cyclic loading is reached if the applied stress overlaps the fatigue limit. This limit is determined by means of a fatigue diagram and yield to the value of 90% of the tensile strength. Lastly, notch sensitivity behaviour is studied, and the material is notch insensitive. This phenomenon is due to stress relaxation by cracking at the mesoscopic scale, in off-axis plies. The fracture behaviour is also analysed by the R-curve and show the strong importance of the pull-out mechanisms.
Abstract FR:
L'étude du comportement mécanique du matériau composite stratifié C/C 2,5 D s'est faite en quatre parties. Tout d'abord, l'étude de la microstructure montre l'architecture relativement complexe du matériau. Nous avons défini différentes échelles et interfaces, auxquelles nous avons estimé les contraintes thermiques résiduelles. De plus, la caractérisation de ces interfaces apporte des données intéressantes et montre que l'échelle mésoscopique est prépondérante dans la microstructure. Elle a donc été choisie pour l'étude du comportement en traction. Deuxièmement, le comportement en traction montre une forte non-linéarité et non-élasticité. Un concept basé sur la courbe maîtresse permet de mettre en évidence le caractère isotrope de l'endommagement. Troisièmement, le matériau montre un effet de fatigue sous sollicitation périodique en traction-traction. Deux comportements sont observés : soit le matériau est stable sous faible charge, soit, sous forte charge, le matériau se rompt par fatigue. La limite entre ces deux comportements est définie comme la limite de fatigue. Quatrièmement, le comportement à l'entaille a été réalisé. Le matériau est insensible à l'effet d'entaille. Il montre même un effet inverse, à savoir que le ligament est d'autant plus résistant que la profondeur d'entaille est grande: Ceci s'explique par des mécanismes d'endommagement à l’échelle mésoscopique des plis obliques.