Généralité

De nos jours, les matériaux cellulaires sont largement utilisés dans l’industrie en raison de leur haute résistance spécifique (en terme de masse). On les trouve souvent sous forme d’âme de panneaux ou de poutres sandwich en vue d’accroître le rapport rigidité/masse de structures mécaniques dans l’aérospatiale, l’automobile… Ils sont fréquemment utilisés comme absorbeurs d’énergie en cas d’impact grâce à leurs déformation plastique dissipée à un niveau d’effort presque constant sur une large gamme de déformations. Un exemple est la crashbox utilisée pour absorber l’´energie cinétique en cas de collision d’un véhicule. Ils sont aussi utilisées pour l’amortissement des vibrations dans les machines outils, la résistance au feu dans les bâtiments, la mise en point de prothèses, d’implants médicaux, etc. Les matériaux cellulaires sont aussi présents dans l’industrie d’emballage : les mousses polyuréthane et polystyrène et le nid d’abeille thermoplastique sont largement utilisés dans le transport de marchandises. Ils sont aussi excellents isolateurs acoustique et thermique lorsque ce sont des structures à cellules fermées. Au contraire ils ont une excellente capacité de transfert de chaleur et d’échange chimique lorsqu’ils ont une structure à porosité ouverte. Cependant, ces propriétés sont souvent combinées. Une application idéale serait une application qui servirait à la fois `a réduire le poids de la structure, à absorber l’´energie dans une situation d’accident et d’isoler le bruit et la chaleur. Une telle application multifonctionnelle est, naturellement, difficile `a mettre en oeuvre, mais souvent il serait possible de satisfaire une application `a double intérêt, par exemple la réduction de poids et l’isolation acoustique. Les enjeux pour l’emploi futur des matériaux cellulaires se situent en partie dans la simplification de la conception, l’augmentation de la sécurité passive, les gains de masse par rapport aux structures existantes, et les gains de coûts

Applications

De nos jours, les matériaux cellulaires sont largement utilises dans l’industrie en raison de leur haute résistance spécifique (en terme de masse). On les trouve souvent sous forme d’âme de panneaux ou de poutres sandwich en vue d’accroitre le rapport rigidité/masse de structures mécaniques dans l’aérospatiale, l’automobile… Ils sont fréquemment utilises comme absorbeurs d’énergie en cas d’impact grâce a leurs déformation plastique dissipée `a un niveau d’effort presque constant sur une large gamme de déformations. Un exemple est la crashbox utilisée pour absorber l’´energie cinétique en cas de collision d’un véhicule. Ils sont aussi utilises pour l’amortissement des vibrations dans les machines outils, la résistance au feu dans les bâtiments, la mise en point de prothèses, d’implants médicaux, etc. Les matériaux cellulaires sont aussi présents dans l’industrie d’emballage : les mousses polyuréthane et polystyrène et le nid d’abeille thermoplastique sont largement utilises dans le transport de marchandises. Ils sont aussi excellents isolateurs acoustique et thermique lorsque ce sont des structures a cellules fermées.

Au contraire ils ont une excellente capacité de transfert de chaleur et d’échange chimique lorsqu’ils ont une structure `a porosité ouverte. Par exemple en Japon, les mousses telles que l’Alperas sont utilisées comme isolateur acoustique le long des autoroutes et routes `a grand trafic pour réduire le bruit, et dans le tunnel ferroviaire pour atténuer les ondes de choc sonique. On rencontre aussi des empilements de billes creuses dans les réacteurs d’avion pour atténuer le bruit génère par la turbine. Cependant, ces propriétés sont souvent combinées. Une application idéale serait une application qui servirait a la fois `à réduire le poids de la structure, a absorber l’énergie dans une situation d’accident et d’isoler le bruit et la chaleur. Une telle application multifonctionnelle est, naturellement, difficile `a mettre en oeuvre, mais souvent il serait possible de satisfaire une application `a double intérêt, par exemple la réduction de poids et l’isolation acoustique. Les enjeux pour l’emploi futur des matériaux cellulaires se situent en partie dans la simplification de la conception, l’augmentation de la s’écrite passive, les gains de masse par rapport aux structures existantes, et les gains de couts. [2] Mise en oeuvre nécessite formation, adaptation et connaissance du collage. Nécessité d’une bonne préparation de surface et surfaces planes. Durabilité collages (5 à 40 ans selon adhésifs, contraintes et environnement) et résistance à chaleur limitées. Durées de durcissement parfois longues. Résistance enpelage joint collé faible.

Essais de compression

Les courbes de comportement mécanique en compression pour des panneaux sandwiches en papier sont données sur la figure. III.4. Sur ces courbes, on remarque qu’il existe au début une zone élastique jusqu’à seuil de plasticité. Dés que la force de compression atteint son maximum, on observe une chute de cette force plus ou moins brutale qui correspond au début du premier endommagement (flambement local des cellules). Cette chute est suivie d’une zone dite « plateau » qui correspond à l’aplatissement du premier endommagement. Cette zone plateau continue pour des écrasements très importants jusqu’à ce que les plis deviennent jointifs ce qui provoque une remontée de la rigidité figure III-8 (la terminologie adoptée est « densification » des cellules du l’âme). Les tableaux III.2 et III.3 illustrent les principales caractéristiques mécaniques extraites lors de l’essai de compression pour chaque taille du ligament l = 10mm et l= 5 mm respectivement. La Courbe de contrainte/déformation (Figure .III.5.) Permet d’identifier les caractéristiques mécaniques pour les deux cas étudié dans cette mémoire.

Pratiquement dans la littérature

Nous notons que la taille de la cellule affecte grandement le module d’Young, la figure .III.6. (a) montre une comparaison du module en compression pour les deux taille des cellules de l’âme utilisée dans ce travail. La cellule de un ligament égale à 5 mm montre un rapport entre le module de Young et la légèreté est de l’ordre de 0,11 ; par contre la cellule à un ligament égale à 10 mm montre un rapport de l’ordre de 0,03 ; ceci conduit à dire que la cellule de 5 mm est plus fore par 3,8 fois comparant avec la cellule de ligament égale à 10 mm. Les résultats obtenus confirment que pour le rayon du nid d’bielle étudié les deux tailles des ligaments la limite d’élasticité est différente. De point de vue des performances mécanique la structure à simple taille de ligament montre une limite élastique égale d’environ de deux fois plus grande à celle fabriquée par une double taille figure. III.6. (b). La limite plastique de cellule de simple taille de ligament en double tailles plus grandes que la cellule double taille de ligament (figure.III .6. (c)). De plus grande quantité de l’énergie absorbée de l’ordre de 31% dans la cellule à double taille de ligament comparant avec la cellule à simple taille de ligament voir la figure. III.6. (d). La figure. III.6. (e) montre une comparaison entre les limites de déformation de la densification du panneau sandwiche pour les deux cas étudié.la limite déformation –densification de la cellule simple taille de ligament soyez plus grande d’environ 23% de la cellule double taille de ligament.

Conclusion générale

En faveur de l’étude théorique et pratique sur ce sujet, nous concluons deux axes essentiels. Le premier axe, c’est la modélisation numérique et analytique d’âme de ruche d’abeille La comparaison des résultats du modèle analytique (Gibson) avec ceux qui sont obtenus par la simulation numérique permet de mieux cadrer les valeurs des modules élastiques. On peut constater que les écarts entre les résultats de la simulation numérique et du modèle analytique sont acceptables pour le modèle d’élasticité et le module de cisaillement. En ce qui concerne le deuxième axe, il a été la réponse de la question : Est-ce que la longueur taille ligament de la cellule affecte les propriétés mécaniques? L’étude expérimentale des panneaux sandwiche au cours de nid d’abeille (la nid d’abeille fabriquée par la technique Kirigami en carton). Les essais de compression permettent d’identifier les différents paramètres influents sur le comportement mécanique et le scénario de l’endommagement. Les résultats montrent que l’impact de la longueur de taille ligament de la cellule sur les propriétés mécaniques, et à également montré que les performances de cellule de simple taille de ligament sont meilleures que la cellule de double taille de ligament et grâce à l’énergie absorbée (l’énergie absorbée de la cellule simple taille supérieur 31% sur la cellule double taille de ligament) ainsi que la limite plastique, le facteur de la limite plastique de cellule de simple taille de ligament en deux tailles plus grandes que la cellule double taille de ligament .