Analyse expérimentale des phénomènes de gauchissement

Analyse expérimentale des phénomènes de gauchissement

Les déformations de pièces composites induites par leur procédé de mise en œuvre ont fait l’objet de nombreux travaux. Les sources de ces déformations varient en fonctions de nombreux paramètres liés aux produits (matériaux de renforts, empile- ment et orientation des fibres…), au procédé (cycle de température, pression…) ainsi qu’aux ressources (matériaux d’outillage, technologie de chauffe…) La mise en œuvre des matériaux composites à matrice thermodurcissables et ren- forts fibreux induit inévitablement des contraintes résiduelles dans la pièce. L’association de matériaux dont les propriétés thermiques et de réticulations diver- gentes génère des contraintes lors de l’évolution de la température et l’évolution de la polymérisation. Ces contraintes résiduelles sont présentes à différentes échelles.  L’échelle microscopique est couramment utilisée dans les matériaux composites pour décrire des phénomènes à l’échelle de la section d’une fibre. A cette échelle, l’influence de contraintes peut être bénéfique ou pénalisante d’un point de vue mé- canique. En fonction de l’arrangement des fibres dans la matrice, le retrait de poly- mérisation ainsi que la contraction thermique peuvent permettre l’amélioration de la  L’échelle macroscopique correspond à l’échelle du stratifié. Des contraintes résiduel- les sont générées à l’interface de différentes couches. Les principales sources de contraintes inter-laminaires sont un gradient de taux volumique de fibres, des varia- tions d’orientation de fibres, un gradient de polymérisation et/ou de température [3]. Ces contraintes résiduelles ont une influence majeure sur la géométrie de la pièce. Dans le cadre de cette étude, nous nous intéresserons en particulier au phénomène présent à cette échelle.

Les pièces composites destinées à des applications de hautes performances sont constituées généralement d’un empilement de monocouches appelé stratifié. Ces monocouches se caractérisent par leur type de fibres, la taille du filament ainsi que l’assemblage de ces filaments. Le choix de l’orientation et du type de chaque mono- couche permet de d’obtenir des propriétés spécifiques du stratifié. Un stratifié est dit équilibré lorsqu’il comporte autant de monocouche du même type orientée d’un angle +β que d’un angle –β. Un stratifié est dit symétrique lorsque l’orientation et le type des monocouches est symétrique par rapport au plan moyen. Un stratifié équilibré implique que les efforts de cisaillement et les contraintes de ci- saillement sont indépendantes des efforts normaux et des contraintes normales. Un stratifié symétrique implique que les efforts et les contraintes au plan moyen sont indépendantes des moments et flexions. Méthode par dissolution acide : elle consiste en une double mesure de densité d’un échantillon de pièce et des fibres contenues dans cet échantillon. Dans le cas de fibres de carbone, on isole les fibres grâce à différents bains d’acide qui permettent d’éliminer la résine. Cette méthode est décrite par les normes NF-EN-ISO 1183 pour la détermination de la densité et par NF EN 2564 pour la procédure d’isolement des Comptage statistique : Le comptage statistique est réalisé sur micrographie perpen- diculaire aux fibres. Le comptage du nombre de section de fibre visible permet, grâce à la prise en compte de la surface théorique de la section d’une fibre, d’estimer le TVF d’un échantillon. Cette méthode peut permettre la détermination d’un gradient de TVF dans l’épaisseur d’une pièce en discrétisant la section de la pièce et en esti- mant pour chaque couche un TVF.

Analyse d’image : Différents méthodes d’analyse d’images ont été développées afin de pouvoir automatiser la méthode de comptage statistique et de s’affranchir de l’approximation faite d’un diamètre de fibre théorique. Les micrographies peuvent être binarisées ou traitées en nuances de gris afin de dissocier les couleurs propres aux fibres et celles propres aux résines. Dans le cas de micrographie perpendiculaire aux fibres, un ratio entre la surface occupée par les fibres et la surface de l’échantillon permet de déterminer le TVF de l’échantillon. Cette méthode convient bien pour la détermination de gradient de TVF dans l’épaisseur puisqu’elle est capa- ble de déterminer dans la section la répartition des fibres au travers des pixels dont la couleur correspond à celle des fibres.