Etude du comportement en fatigue cyclique a hautes températures du composite tisse fibre de carbone/matrice carbure de silicium 2,5D C/SiC

par Anne Dalmaz

Thèse de doctorat en Génie des Matériaux

Sous la direction de Pascal Reynaud.


  • Résumé

    L'étude porte sur un composite multicouches à fibres de carbone/matrice carbure de silicium 2,5D C/SiC élaboré par la Société Européenne de Propulsion. Ce composite étant utilisé dans le domaine aérospatial pour réaliser des structures à chaud travaillant dans un environnement sévère (hautes températures, fortes sollicitations mécaniques, atmosphère plus ou moins oxydante), il apparaît primordial d'étudier son comportement intrinsèque en fatigue cyclique à hautes températures. La finalité de notre étude est alors de prec1ser les mécanismes d'endommagement du composite 2 5D C/S iC à l’origine des propriétés mécaniques en fatigue cyclique sous atmosphère inerte et à différentes températures (de 20 °C à 1500 °C). Une modélisation par éléments finis permet d'expliquer l'origine du réseau de fissures développé au cours des sollicitations aux différentes températures. Une nouvelle approche de modélisation des modules d’élasticités de composites tissés céramique/céramique a été faite par la méthode d’homogénéisation. Elle a permis entre autre de donner des informations supplémentaires pour améliorer la description des séquences d’endommagement au cours de la fatigue cyclique. L’évolution du comportement mécanique en fonction de la température s'articule autour de la température d'élaboration (environ 1000 °C) du composite. Pour des températures inférieures à 1000 °C, le comportement mécanique est contrôlé par l'évolution des contraintes thermiques résiduelles et de la fermeture des fissures. Le composite présente alors un comportement mécanique d'autant meilleur (résistance mécanique durée de vie, rigidité) que la température est élevée. Par ailleurs, le raidissement observé à hautes températures au cours du cyclage mécanique résulte de la fermeture des fissures par des mouvements localisés de la structure. Pour des températures supérieures à 1000 °C, le comportement mécanique est contrôlé par des mécanismes dépendant du temps encore mal connus.

  • Titre traduit

    = Study of the cyclic fatigue mechanical behavior at high temperature of a woven carbon fiber/silicon carbide matrix composite


  • Résumé

    This study investigates the mechanical behavior of a 2. 5D woven multi-layered carbon fiber composite with a silicon carbide matrix, manufactured by the SEP. This material is used in the aerospace industry for the manufacture of parts operating under extreme conditions (very high temperature, high loading stress and a strongly oxidizing atmosphere). It is, therefore, essential to establish it is mechanical behavior under cyclic loading at elevated temperature. The aim of this study is therefore to define the damage mechanism of the 2. 5D C/SiC composite controlling the mechanical behavior of the material subjected to cyclic loading over a range of temperatures, under an inert atmosphere. A finite element model was developed to explain the crack networks operating during loading at various temperatures. A new technique, based on the method of homogenization, was established to model the Young's modulus of composite ceramic/ceramic weaves. This technique was employed, along with our other results, to improve the understanding of the damage sequence during cyclic fatigue. The evaluation of the mechanical behavior of the composite with increasing temperature was found to change significantly at the manufacturing temperature of the composite (1000°C). For temperatures below 1000°C, the mechanical behavior is controlled by the residual thermal stresses and crack closing behavior. The composite shows improved toughness, modulus, and cycles to failure, as the temperature increases. The increase in modulus observed during cyclic loading at elevated temperature results from crack closing caused by localized deformation of the material. For temperatures above 1000°C the mechanical behavior is controlled by temperature dependent mechanisms, as yet, not well understood.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (188 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr.

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2072)
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