Optimisation des efforts dans un ancrage courbe coll? acier/composites

par Haysam Chafi

Thèse de doctorat en Structures et Mat?riaux

Sous la direction de Gilles Foret.

Soutenue le 14-12-2017

à Paris Est , dans le cadre de SIE - Sciences, Ing?nierie et Environnement , en partenariat avec Laboratoire Navier (Paris-Est) (laboratoire) et de Laboratoire Navier / NAVIER UMR 8205 (laboratoire) .

Le président du jury était Fadi Geara.

Le jury était composé de Gilles Foret, Sylvain Chataigner.

Les rapporteurs étaient Wassim Raphael, Oualid Limam.


  • Résumé

    Les mat?riaux composites connaissent un int?r?t croissant dans la majorit? des secteurs de l?industrie en raison de leur faible poids propre et de leurs propri?t?s physico-chimiques int?ressantes. Cependant, l?utilisation de ces mat?riaux a n?cessit? de conduire en parall?le des r?flexions sur leur assemblage avec d?autres mat?riaux qui a donn? naissance au d?veloppement de la technologie d?assemblage par collage structural. Cette technique qui permet de pouvoir assembler des mat?riaux de nature diff?rente en limitant par exemple l?augmentation du poids propre de la structure n?est pas encore totalement ma?tris?e. Pour cela, des d?veloppements sur la qualification des efforts d?adh?sion ou sur la compr?hension de la durabilit? sont encore n?cessaires. Cette th?se aborde la probl?matique de l?optimisation des assemblages coll?s et vise en particulier ? ?tudier de mani?re plus pr?cise l?utilisation de la courbure afin d?optimiser le transfert des efforts au sein du joint de colle. Deux types de colle, pr?sentant l?une un comportement ?lastique fragile et l?autre un comportement ?lastoplastique ont ?t? ?tudi?s dans ce travail sur les diff?rents volets analytique, num?rique, et, exp?rimental. Il s?est av?r? que la plasticit? de l?adh?sif semble am?liorer la capacit? de r?sistance du joint coll? et sera alors un param?tre essentiel dans leur optimisation. Une ?tude de la g?om?trie courbe des joints coll?s acier/composite a ?t? ensuite men?e et il ressort de cette ?tude que cette g?om?trie est efficace pour augmenter la r?sistance d'un joint coll? ? la rupture. De plus, afin d?approfondir les connaissances sur le comportement m?canique du joint coll? courbe, et en absence d??tude bibliographique suffisante sur ce type de collage, nous avons ensuite eu recours ? la mod?lisation par la m?thode des zones coh?sives pour pouvoir aussi valider l?atout de la g?om?trie courbe par rapport ? la g?om?trie plane. Ce travail s?est enfin int?ress? ? la durabilit? m?canique de cette solution en abordant la th?matique de la fatigue ; m?me si des investigations suppl?mentaires seront n?cessaires, nous avons d?ores et d?j? constat? que l?optimisation du joint par l?utilisation d?une colle ?lastoplastique et une g?om?trie courbe permet d?am?liorer le comportement en fatigue de l?assemblage coll?

  • Titre traduit

    Optimization of stresses in an adhesive bonded curved joint (Steel/composite)


  • Résumé

    Composite materials are gaining increasing interest in most of the industry sectors due to their low self-weight and their interesting physico-chemical properties. However, the use of these materials called for parallel reflections on their assembly with other materials which gave rise to the development of the structural bonding technology. This technique which allows to assemble materials of different natures by limiting, for example, the increase in the self-weight of the structure, is not fully mastered yet. For this purpose, further development on the qualification of the adhesion forces or on the understanding of durability are still necessary. This thesis addresses the problem of the optimization of adhesive bonded joints and aims in particular to study, more precisely, the use of the curvature in order to optimize the transfer of forces within the bonded joint. Two types of adhesive, one exhibiting a fragile elastic behavior and the other an elastoplastic behavior, have been studied in this work on the various analytical, numerical, and experimental aspects. We presumed that the plasticity of the adhesive appears to improve the strength of the bonded joints and; hence, shall be considered as an essential parameter in their optimization. A study of the curved geometry of the steel / composite bonded joints was then carried out, where it emerged that this geometry was effective in increasing the strength of the bonded joint and its ultimate capacity. Moreover, in order to extend the knowledge on the mechanical behavior of the curved bonded joints, and in the absence of sufficient bibliographical references on this type of bonding, we then resorted to the modeling by using the cohesive zone method to also validate the advantage of the curved geometry with respect to the plane geometry. This work finally focuses on the mechanical durability of this solution by addressing the fatigue thematic; even if additional investigations are needed, we have already found that the optimization of the joint by the use of an elastoplastic adhesive, and a curved geometry can improve the fatigue behavior of the adhesive bonded joints


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