Étude expérimentale de l’endommagement

Nous l’avons montré dans l’analyse de la littérature faite au chapitre précédent (CHAP. 2), l’endommagement des composites stratifiés est un phénomène complexe qui met en jeu plusieurs mécanismes. Aussi, nous faisons le choix d’axer notre étude sur un seul mécanisme : la fissuration intra-laminaire.Bien que n’étant pas catastrophique pour l’intégrité d’une structure, la fissuration peut être soit à l’origine, soit être un facteur accélérant pour d’autres types de défauts tels que le délaminage ou les ruptures de fibres qui eux s’avèrent beaucoup plus nui- sibles pour la tenue mécanique d’une structure [Thionnet, 1991] [Huchette et al., 2009]. Dans ce cadre, il devient important de pouvoir prédire l’apparition et l’évolution dela fissuration.Aussi, nous proposons dans ce chapitre, une étude expérimentale de la fissuration sous chargements quasi-statiques et cycliques. Les objectifs que nous nous fixons sont les suivants :L’idée est ici d’étudier la géométrie des fissures, leur orienta- tion, leur mode de propagation ou de multiplication, l’historique d’apparition … Ces observations sont capitales dans la mesure où nous souhaitons écrire un modèle basé sur les mécanismes physiques qui gouvernent l’endommagement.Notre but ultime étant de capitaliser un maximum de renseignements tant d’un point de vue qualitatif que quantitatif qui nous permettront de dégager les princi- pales caractéristiques et paramètres à prendre en compte lors de la modélisation. Ainsi, les résultats expérimentaux serviront de base à l’écriture et l’identification d’un modèle d’endommagement par fissuration intra-laminaire.

Comportement en fatigue de pièces épaisses en matériaux composites

Dans ce qui suit nous commencerons par présenter et justifier l’utilisation des dif- férentes stratifications étudiées. Nous présenterons ensuite les différents protocoles, équipements et essais expérimentaux mis en place pour caractériser le comportement mécanique du pli unidirectionnel et étudier l’endommagement au sein des stratifiés. En outre nous présenterons une technique de détection et de suivi de l’endommage- ment par une analyse optique in-situ. Un stratifié est un empilement de plusieurs plis, il est donc important de connaître le comportement du pli de base. Aussi, nous présenterons dans un premier temps les essais réalisés sur le pli unidirectionnel avant de proposer les résultats obtenus au cours des essais réalisés sur les stratifiés croisés sollicités en quasi-statique puis en fatigue. Nous présenterons tout d’abord les résultats obtenus d’un point de vue qualitatif qui découlent d’une simple observation visuelle. Nous en dégagerons entre autres les caractéristiques physiques de l’endom- magement ou les interactions entre différents mécanismes d’endommagement. Enfin, nous terminerons par les résultats nous permettant de quantifier l’endommagement et notamment de déterminer des cinétiques de fissuration, ou d’évaluer les dégrada- tions des propriétés mécaniques.

Un composite stratifié est avant tout un empilement de plusieurs plis orientés dans différentes directions dont il est important de connaître le comportement. Pour cela, on réalise des essais de traction quasi-statique sur l’unidirectionnel, dans le sens des fibres, dans le sens transverse et dans les directions hors-axes. Nous utiliserons donc les séquences (0Nous nous intéressons ensuite à l’endommagement par fissuration intra-laminaire. Il est bien évident que le choix de stratifications doit se faire en fonction des infor- mations recherchées. L’analyse bibliographique faite au chapitre précédent (CHAP. 2) montre que l’épaisseur et la séquence d’empilement sont deux paramètres directe- ment liés au choix de la stratification et qui ont une grande influence sur la fissura- tion., appelées également cross-plied, se prêtent bien à l’étude de la fissuration car elles ont la particularité de s’endommager majoritairement par fissuration intra-laminaire. On parle alors de fissuration transverse. Ce type de sé- quence permet notamment d’étudier l’influence de l’épaisseur en faisant varier le nombre de plis orientés à 90˚tout en fixant le nombre de plis à 0˚. Ainsi, nous utilise- rons les séquences (0L’ensemble de ces stratifications soumises à un chargement adéquat permettent d’étudier les mécanismes d’endommagement et notamment d’isoler les différents pa- ramètres qui influent sur la cinétique de fissuration. En outre, ils permettent de mai- triser le type d’endommagement, d’étudier l’influence de l’épaisseur, de la position du pli fissuré dans l’empilement et du mode d’apparition des fissures (TAB. 3.2).