Etude du couplage entre le vieillissement hygrothermique et la tenue en fatigue de composites à renfort tissé utilisés en construction navale

par Riadh Elleuch

Thèse de doctorat en Sciences. Génie des matériaux

Sous la direction de Léo Vincent.

Soutenue en 1996

à l'Ecully, Ecole centrale de Lyon , en partenariat avec Laboratoire de Matériaux Mécanique-Physique (Ecully, Rhône) (laboratoire) .

mots clés

• Matériaux -- Fatigue
• Composites
• Endommagement, Mécanique de l' (milieux continus)

Résumé

L'objet de ce travail est l'etude des interactions entre le comportement en fatigue et le vieillissement hygrothermique de materiaux composites a renfort tisse et a matrice polyester utilises en construction navale. Nous avons analyse, les processus de degradation sous sollicitations monotones et cycliques de flexion. Au cours de l'essai de fatigue, le suivi de raideur a ete associe a une analyse quantitative de la taille, de l'orientation et de la distribution des microfissures. Cette demarche a permis de definir un critere de duree de vie caracterisant une transition dans les modes d'endommagement du composite. Cette analyse permet egalement de mettre en evidence les effets preponderants de la stratification sur la creation et la propagation de l'endommagement. De plus, nous avons etudie les interactions entre le vieillissement et l'endommagement par fatigue selon deux axes: * l'etude de la tenue en fatigue des composites prealablement vieillis, afin de mettre en evidence les effets de la creation hygrothermique de defauts par diffusion d'humidite, * l'etude du couplage entre l'humidite et la propagation de l'endommagement sur la base d'essais en ambiance controlee. Des mesures de sorption d'eau effectuees en parallele nous ont permis de preciser les echelles de temps associees a la diffusion d'eau dans le composite. Les effets de la stratification sur les processus de sorption d'eau ont ete evalues sur la base d'une modelisation numerique basee sur les lois de fick. La creation hygrothermique de defauts (microfissures, cloquage osmotique) au cours des etapes de vieillissement se traduit par une diminution significative des durees de vie du composite. Les interactions entre l'humidite et la propagation de l'endommagement par fatigue ne peuvent mettre en jeu que des effets tres localises en fond de fissure, apres diffusion capillaire de l'humidite dans les microfissures crees lors des tous premiers cycles de sollicitation. La description quantitative des durees de vie a ete effectuee sur la base d'une analyse integrant les effets du vieillissement sur les coefficients a et b des droites de wohler du composite. Ceux-ci permettent notamment d'envisager une prediction des durees de vie d'apres la determination des caracteristiques monotones du composite

Titre traduit

Study of the interactions of hygrothermal aging and fatigue behaviour of woven glass/polyester composites used in marine applications

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