Comportement thermo-visco-élastique des composites CMO – De la statique à la dynamique grande vitesse

Thermo visco elastic behaviour of organic matrix composites – From static to high speed dynamic

• Auteur / Autrice : Julien Berthe
• Direction : Mathias Brieu, Éric Deletombe
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 10/10/2013
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Lille
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de mécanique de Lille (LML)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Ladevèze
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michel Fouinneteau, Lionel Marcin, Bernard Vivien, Gabriel J. Lauro, Jean-François Maire
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nadia Bahlouli, Fabrice Pierron

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composites

Thermoélasticité

Viscoélasticité

Matériaux -- Effets des basses températures

Matériaux -- Essais dynamiques

Matériaux -- Fluage

Stratifiés

Composites polymères

Mots clés libres

Matériaux composites

Matrice organique

Essais dynamiques

Essais basses températures

Modèle thermo-visco-élastique

Composite materials

Organic matrix

Dynamic testing

Low temperature testing

Thermo-visco-elastique model

Résumé

Les matériaux composites à matrice organique sont de plus en plus utilisés par l'industrie des transports pour la réalisation d'éléments structuraux. Afin de permettre un dimensionnement optimal de ces structures, il est nécessaire d'améliorer la compréhension et la modélisation du comportement de ces matériaux sur une large gamme de vitesses de sollicitation et de températures d'environnement. Pour cela, plusieurs campagnes expérimentales ont été réalisées sur le T700GC/M21, un composite stratifié à matrice organique, dans le cadre de ces travaux. Tout d'abord, des essais dynamiques sur un vérin hydraulique, ainsi que des essais de fluage, ont été menés afin de caractériser la dépendance à la vitesse du comportement de ce matériau. Ensuite, la dépendance à la température a été mise en évidence à l'aide d'essais à basse température sur vérin hydraulique, complétés d'essais DMA.Les résultats de ces essais ont été utilisés afin de justifier physiquement le développement d'un modèle visco-élastique bi-spectral pour la description de la dépendance à la vitesse du T700GC/M21 sur une large gamme de vitesses de déformation. L'influence de la température d'environnement sur le comportement a quant à elle été introduite à l'aide d'une loi d'Arrhénius. Ce modèle thermo-visco-élastique permet finalement de rendre compte du comportement du stratifié T700GC/M21 sur une large gamme de vitesses et de températures

Organic matrix composite materials are more and more used in the transportation industry to design strutural components. In order to reach an optimal design, improvements in the understanding and the modelling of the behaviour of these materials under various strain rates and temperatures conditions are required.Therefore, a campaign of various mechanical tests has been performed on the T700GC/M21 organic matrix composite laminate in this work. On one hand, dynamic tests have been performed using hydraulic jacks, as well as creep tests, to characterise the material strain rate dependency. On the other hand, low temperatures and DMA tests have been performed to exhibit the temperature effect.Experimental results have been used to physically justify a bi-spectral visco-elactic model which describes the strain rate dependency of T700GC/M21 on a large range of strain rates. Introducing an Arrhenius like law for the viscous mechanisms, the temperature dependency has also been taken into account. The obtained thermo-visco-elastic model finally describes the behaviour of the T700GC/M21 laminate on a large range of strain rates and temperatures