Etude du comportement en fatigue d’un composite à matrice polyamide renforcé d'un tissu de fibres de verre pour application automobile

par Amélie Malpot

Thèse de doctorat en Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces

Sous la direction de Fabienne Touchard et de Sébastien Bergamo.

Le président du jury était Alberto D'Amore.

Le jury était composé de Nathalie Godin.

Les rapporteurs étaient Frédéric Jacquemin, Alain Thionnet.


  • Résumé

    Ces travaux de thèse portent sur un composite à matrice polyamide 6,6 (PA66) renforcé d’un tissu de fibres de verre (Sergé 2/2). Dans le but d’une intégration dans des pièces automobiles, on s’intéresse au comportement de ce matériau sous sollicitation cyclique. L’objectif est de mettre au point un critère de fatigue permettant de prédire la durée de vie du composite étudié. Le PA66 étant sensible à l’humidité, il est nécessaire de prendre en compte ce paramètre dans notre étude. Pour cela, le matériau est conditionné selon trois états : un état sec (RH0), un état ambiant (RH50) et un état saturé en eau(RH100). Trois séquences d’empilement sont également considérées afin de tenir compte de l’orientation des fibres dans le matériau : [(0/903], [(90/0)3] et [(±45)3]. Dans un premier temps, l’influence du conditionnement sur les propriétés microstructurales et mécaniques en traction monotone est étudiée.Le rôle plastifiant de l’eau sur le PA66 a été mis en évidence. L’instrumentation des essais de traction monotone avec un système d’émission acoustique associée à l’observation post-mortem par MEB des éprouvettes permet de proposer un scénario d’endommagement en traction quasi-statique pour chaque configuration étudiée. Dans un deuxième temps, une campagne d’essais en fatigue traction-traction est menée sur les neuf configurations de l’étude. Ces essais ont permis la mise en place et l’évaluation de deux critères de fatigue phénoménologiques : les diagrammes de durées de vie constantes et le critère de fatigue à deux paramètres basé sur les courbes S-N. Ce dernier a été enrichi afin de pouvoir prédire la durée de vie du matériau pour différents conditionnements. De manière générale, le modèle montre une bonne capacité à prédire la durée de vie du matériau pour des conditions d’essais variées. Afin de cerner la capacité du modèle à être utilisé en bureau d’études, celui-ci a été appliqué dans le cas d’essais de fatigue menés sur une mini-structure sollicitée en flexion 3 points.

  • Titre traduit

    Fatigue Behaviour of a Woven Glass-Fibre-Reinforced Polyamide COmposite for Automotive Application


  • Résumé

    This study is focused on a woven glass-fibre-reinforced composite (2/2 twill) with a polyamide 6,6 matrix. From the perspective of its future integration in automotive parts, the fatigue behavior of this material is investigated. The aim is to develop a fatigue model able to predict the fatigue life of the composite studied. The PA66 behaviour is highly influenced by the moisture content, thus, it is necessary to take this parameter into account. Hence, three conditionings are studied: RH0, RH50 andRH100 which correspond respectively to the dry-as-moulded, the ambient and the water-saturated state.Three different stacking sequences are used in order to study the influence of fibre orientation: [(0/90)3],[(90/0)3] and [(±45)3]. First, the influence of moisture on microstructural and mechanical properties formonotonic tensile tests is studied. The plasticizing effect of water on PA66 has been highlighted. A damage scenario has been determined for every configuration studied by using acoustic emission technique during monotonic tensile tests and post-mortem SEM observations. Then, tension-tension fatigue tests are performed for all sample configurations. The results have been used to set up two phenomenological fatigue life models: the constant life diagrams and the two-parameter model based onS-N curves. The latter has been enhanced by including the relative humidity in order to be able to predict the fatigue life of the material for any conditioning. In general, this model estimates quite well the fatigue life of the material for different testing conditions. Finally, the two-parameter model has been used for fatigue life prediction of both open-hole samples and a mini-structure in order to evaluate its capability to be used in an industrial context.


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