Analyse expérimentale des déformations de type renfermement d’angle (ou « spring-in »)

Analyse expérimentale des déformations de type renfermement d’angle (ou « spring-in »)

Les matériaux composites présentent l’avantage certain de présenter une forte ani- sotropie de leurs propriétés mécaniques. En effet, il est possible de disposer les fi- bres dans une pièce en fonction des cas de charge. Les matériaux composites ont particulièrement trouvé place sur des typologies de pièces de type coque, c’est-à-dire des pièces dont l’épaisseur est très faible par rapport à la surface (ratio supérieur à 10). Pour ces applications, les fibres se présentent d’une manière générale sous forme de tissus. La pièce est composée d’un empilement de couches de fibres. Dans l’épaisseur de la pièce, la cohésion du produit est uniquement réalisée par la résine, contrairement aux fibres dans le plan où la cohésion est obtenue par un assemblage intime entre les fibres et la résine. Cette anisotropie des propriétés dans le plan et dans l’épaisseur est responsable de déformations significatives de pièces de forme [35] et [36]. En effet, lors de la mise en œuvre de pièces composites, la température ainsi que le degré de polymérisation évoluent. Il en résulte une évolution différentielle des contraintes générées dans le plan et dans l’épaisseur de la pièce. Dans le cas de pièces de forme présentant un angle, telle qu’une pièce en L, l’angle réalisé de la pièce après démoulage tend à être plus faible que celui de la pièce théorique. La différence entre l’angle théorique et l’angle réalisé est appelé angle de fermeture ou « spring-in angle ».

Cette approche considère que le renfermement d’angle est un phénomène stricte- ment intrinsèque, c’est-à-dire qu’il dépend uniquement des propriétés intrinsèques de la pièce. Celles-ci sont géométriques (angle) ou matériaux (coefficients de dilatation, de retrait) L’empilement des couches de fibres est un paramètre influent sur le mécanisme de renfermement d’angle. En effet, en fonction de l’orientation de chaque pli, l’anisotropie du matériau résultant est modifiée. La Figure 66 permet d’illustrer ces propos. L’angle de fermeture est mesuré expérimentalement en fonction de trois em- pilements simples 0°, 45° et 90° Le mécanisme de déformation induit par un gradient de TVF décrit plus en détail au chapitre II.1.2.2 pour le cas des pièces planes affecte de la même manière les pièces en angle. Ainsi, une mauvaise répartition des fibres dans un rayon induit un gradient de propriétés du matériau dans l’épaisseur. Dans les cas les plus classiques (Cf. Figure 67), les fibres, de part les tensions en présence, tend à se concentrer vers le rayon intérieur. La contraction au refroidissement de la pièce ainsi que le retrait de polymérisation sont d’autant plus importants que l’on se rapproche du rayon exté- rieur. Ainsi, la pièce tend à s’ouvrir.

Les pièces composites sandwich, c’est-à-dire composées d’une âme et de deux peaux monolithiques de résines renforcées de fibres, sont également affectées par les phénomènes de renfermement d’angle. Le type d’âme utilisé joue un rôle non négligeable. La contribution de l’âme a été évaluée analytiquement par G. Fernlund [37] (Cf. Figure 68). La littérature est riche de publications sur le sujet du renfermement d’angle de pièces composites. C. Albert et G. Fernlund [38] ont mis en évidence l’influence de la mé- thode de mesure de l’angle de fermeture. En effet, les auteurs mettent en évidence que, malgré une amplitude de gauchissement des pannes de l’ordre de 0.2mm, le gauchissement contribue à hauteur de 0.48°Le mécanisme de déformation est, par définition, intrinsèque. Ainsi, on attend une dépendance significative à des paramètres géométriques des pièces. C. Albert et G. Fernlund [37] ont caractérisé l’influence de l’épaisseur de la pièce sur les composan- tes de l’angle de fermeture. La composante issue du gauchissement des pannes présente une forte dépendance à l’épaisseur. Cette constatation va dans le même sens que les études réalisées sur le gauchissement de plaques planes (Cf. II.1.2.4). La composante de renfermement d’angle liée au rayon de la pièce tend, quant à elle, à être indépendante de l’épaisseur. Les auteurs montrent que cette composante peut être encadrée en utilisant l’équation décrivant la fermeture d’angle basée sur l’ C. Albert et G. Fernlund [37] se sont également intéressés à la forme de la pièce. Ainsi, deux formes ont été réalisées : une en C et l’autre en L. Cette campagne d’essais permet d’évaluer la représentativité de pièces simples par rapport à des géométries plus évoluées.