Comportement thermomecanique de composites a matrice metallique pour applications spatiales

par JOCELYN GAUDIN

Thèse de doctorat en Sciences appliquées

Sous la direction de YVES BIENVENU.

Soutenue en 1997

à l'EMP .

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  • Résumé

    Les structures de satellite a haute stabilite dimensionnelle, telles que telescopes ou antennes, necessitent l'usage de materiaux legers, rigides, resistants, presentant de faibles allongements sous des sollicitations thermiques ou mecaniques et montrant une bonne reproductibilite de leurs performances. L'objet de notre travail est de developper des materiaux composites a base de preformes tissees en fibres de carbone et de matrices en alliages legers pour de telles applications. Dans un premier temps, les modeles de prevision des proprietes thermoelastiques sont mis en place et valides experimentalement sur un composite unidirectionnel a matrice metallique puis sur differents composites tisses. On montre qu'il est possible, avec une matrice en alliage d'aluminium ou magnesium, d'obtenir un composite presentant dans une direction une tres grande rigidite et un coefficient de dilatation thermique quasiment nul. Les moyennes et les ecart-types de ces proprietes sont evalues numeriquement et experimentalement. Un algorithme evolutionniste est exploite pour mener une recherche exhaustive des solutions les moins sensibles aux variabilites d'elaboration. L'interet des composites a matrice metallique vis-a-vis des composites a matrice organique est alors clairement mis en evidence. Dans un second temps, le domaine de stabilite est explore, tant sous l'action d'un chargement thermique que mecanique. On montre que l'ondulation des fibres dans le composite reduit notablement l'aptitude du materiau a subir un chargement mecanique sans allongement residuel. En parallele, l'etude de l'evolution des contraintes residuelles dans la matrice permet d'envisager l'excursion thermique optimale pour obtenir a la temperature d'utilisation le materiau le plus stable possible, c'est a dire celui presentant un niveau de contraintes residuelles extremement faible. Le risque d'une instabilite dimensionnelle sous l'effet d'une relaxation de contraintes peut alors etre ecarte. Les composites optimises a travers le taux de fibres, la definition du tissu et l'excursion thermique presentent ainsi des proprietes thermoelastiques specifiques et une stabilite dimensionnelle interessantes pour les applications visees.


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  • Détails : 195 P.
  • Annexes : 111 REF.

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