Étude des mécanismes de vieillissement hydrique à l’échelle locale et de leur influence sur le comportement mécanique d’assemblages collés

Investigation of local water aging mechanisms and their influence on the mechanical behavior of bonded assemblies

• Auteur / Autrice : Andreea Țîntatu
• Direction : Philippe Le Grognec
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance le 10/07/2023
• Etablissement(s) : Brest, École nationale supérieure de techniques avancées Bretagne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et le numérique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche Dupuy de Lôme (Lorient ; Brest ; Plouzané ; 2016-....) - Institut de Recherche Dupuy de Lôme
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Thales DMS
• Jury : Président / Présidente : Eduard Laurențiu Nițu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Maëlenn Aufray, Claudiu Badulescu, Pierre Bidaud, Hervé Bindi, Corentin Coguenanff
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascal Casari, Jean-Yves Buffière
• DOI : 10.70675/b6e50af3ze037z440ez9bb9z6d36ba576b87

Mots clés

Mots clés contrôlés

Époxydes

Assemblages collés

Eau de mer

Humidité

Absorption

Porosité

Microtomographie

Détérioration

Propriétés mécaniques

Modèles mathématiques

Mots clés libres

Collage structural

Vieillissement hydrique local

Μicro-tomographie aux rayons X

Caractérisation mécanique

Modélisation numérique

Abaqus (Logiciel)

Structural bonding

Local water aging

X-ray microtomography

Mechanical characterization

Numerical modeling

Abaqus (Electronic resource)

Résumé

Le collage structural est une technique d’assemblage de plus en plus utilisée dans le milieu industriel. Dans le domaine naval, ou plus généralement maritime, en présence d’eau de mer, la prédiction de l’effet de l’humidité sur le comportement mécanique des assemblages collés est d’une importance capitale. L’objectif de cette thèse est d’étudier la diffusion de l’eau dans un matériau adhésif époxy bicomposant et de proposer une stratégie de modélisation simplifiée du comportement mécanique d’un tel adhésif au sein d’un assemblage collé de type joint à simple recouvrement, en prenant en compte les effets du vieillissement hydrique. Tout d’abord, une analyse expérimentale de l’absorption d’eau dans l’adhésif est réalisée par gravimétrie et tomographie aux rayons X. La présence de pores dans le joint polymère permet une compréhension locale de l’évolution de la cinétique de diffusion, ce qui conduit au choix final et à la validation d'un modèle de diffusion. Ensuite, sur la base d’essais expérimentaux, le comportement à long terme de l’adhésif étudié est caractérisé pour différents niveaux d’absorption d’eau. Un modèle élément fini 1D enrichi est ensuite développé, permettant la modélisation multi-physique d’un joint à simple recouvrement, de manière robuste et efficace. Des simulations par éléments finis 2D et des essais sur assemblages sont enfin réalisés à des fins de validation.

Structural bonding is an increasingly used industrial assembly technique. In the naval, or more generally maritime, field, in the presence of seawater, the prediction of the effect of humidity on the mechanical behavior of bonded assemblies is of paramount importance. The aim of this thesis is to study water diffusion in a two-component epoxy adhesive material, and to propose a simplified modeling strategy for the mechanical behavior of such an adhesive in a single-lap joint bonded assembly, considering the effects of water aging. First, experimental analysis of water absorption in the adhesive is performed using gravimetry and X-ray tomography. The presence of pores in the polymer joint allows us to understand the local evolution of diffusion kinetics, leading to the final choice and validation of a diffusion model. Then, based on experimental tests, the long-term behavior of the investigated adhesive is characterized for different amounts of absorbed water. An enriched 1D finite element model is then developed, enabling the multi-physics modeling of a single lap joint robustly and efficiently. Finally, 2D finite element simulations and tests are carried out for validation purposes.