Identification des propriétés morphologiques et hygrothermiques hétérogènes de nouveaux composites hautes performances soumis à des cycles de vieillissement thermo-hygro-mécaniques

par Quynh Nguyen Thi Thuy

Thèse de doctorat en Mécanique et Ingénierie

Sous la direction de Andras Borbely.

Soutenue le 28-10-2013

à Saint-Etienne, EMSE , dans le cadre de ED SIS 488 .


  • Résumé

    Les nouveaux renforts NCF (Non Crimp Fabrics) sont adaptés aux procédés RTM (Resin Transfer Moulding) ou RIM (Resin Infusion Moulding) et permettent d’élaborer des structures aéronautiques complexes et de grande taille. Cependant, la présence de la couture peut conduire à une morphologie spécifique hétérogène du matériau avec un réseau 3D de zones riches en résine. Ces dernières, sous cycles de vieillissement hygrothermiques, sont à l’origine d’un état spécifique de fissuration. Ainsi, le présent travail se concentre sur la caractérisation morphologique et la fissuration d’une famille particulière des NCF - NC2 (Non Crimp New Concept), soumis au vieillissement hygrothermique cyclique. Pour cela, des cycles accélérés de vieillissement sont définis, diverses méthodes de caractérisation sont utilisées et différentes variables représentatives sont introduites. Au sujet de la morphologie du matériau, une hétérogénéité multi-échelles a été visualisée en surface et dans l’épaisseur en effectuant des coupes sous microscope 2D et de la reconstruction volumique sous tomographie 3D à RX. En ce qui concerne la fissuration hygrothermique, son initiation et son développement ainsi que sa morphologie ont été étudiés. L’influence de la morphologie et des paramètres de chargement au cours des cycles a été identifiée. De plus, afin de maîtriser le comportement des zones riches en résine, un couplage thermique/hygrothermique-mécanique à différents états de vieillissement du matériau a été décrit finement par des mesures de champs. Enfin, la tenue mécanique du matériau vieilli a été étudiée.

  • Titre traduit

    Identification of the heterogeneous morphological and hygrothermal properties within new high performance composites subjected to hygro-thermal-mechanical ageing cycles


  • Résumé

    Stitched multiaxial laminates NCF (Non-Crimp Fabric) are potential candidate materials as new high performance preforms for manufacturing complex and large aeronautical composite structures by RTM (Resin Transfer Moulding) or infusion processes. Stitching within the preform leads to a particular morphology including 3D resin-rich regions and to a specific crack network developed in the bulk of the laminate when this is subjected to hygrothermal ageing cycles. The present work focuses on the characterization of the morphology and the crack development in a particular family of NCF - NC2 (Non Crimp New Concept) subjected to hygrothermal cycling. For this purpose, different accelerated thermal/hygrothermal ageing cycles were defined, various characterisation methods were adopted and representative variables were introduced. Regarding the structural morphology, a multi-scale heterogeneity of the NC2 could be visualized on the surface and through the thickness by optical microscopy as well as by the non-destructive volumetric analysis of X-Ray tomography. Regarding hygrothermal cracking, its initiation, its development and its morphology were studied. The influence of the morphology and the role of loading parameters on crack development were identified. Furthermore, for a better control of resin-rich region behaviour, the thermal/hygrothermal-mechanical coupling at different ageing states was investigated by full-field image correlation. Finally, the mechanical strength of the aged material was determined.


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