Contribution à l'étude de l'effet des conditions d'usinage d'éprouvettes en composites à matrice polymère sur leur réponse mécanique

par Patrick Ghidossi

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Fabrice Pierron.

Soutenue en 2003

à Paris, ENSAM .

mots clés

• Usinage
• Matériau composite
• Endommagement
• Essais mécaniques

Résumé

Pour déterminer les lois de comportement et les paramètres mécaniques des matériaux composites, des éprouvettes sont couramment fabriquées par fraisage. Ces opérations de coupe par enlèvement de matière génèrent des efforts et des gradients de température importants, d'où risques d'endommagements au niveau des surfaces usinées. Le but de cette étude est d'évaluer expérimentalement l'interdépendance qui peut exister entre la préparation d'éprouvettes en composites par usinage et leurs performances mécaniques. Quatre matériaux composites à matrice polymère renforcés de fibres sont étudiés dans trois types d'essais mécaniques. Les dommages inhérents à la coupe sont qualifiés suivant les orientations des fibres et les configurations d'attaque de l'outil. Le traitement statistique des résultats expérimentaux permet de dégager les paramètres de coupe significativement influents, d'abord sur les dommages créés, puis sur les performances mécaniques. Deux critères d'endommagement sont définis pour caractériser les pertes des performances mécaniques en fonction des configurations d'usinage. Une recommandation de préparation des éprouvettes guide la détermination des conditions de coupe des éprouvettes d'essais en composites à matrice époxyde renforcés de fibres.

Titre traduit

Contribution to the study of the effect of polymer matrix composite specimen machining on their mechanical performances

Résumé

To determine the composite mechanical properties, small coupons are often used that require preparation including edge cutting/machining. This cutting operation generate heat and strains, and cut surfaces are often affected by damages. It is of primary importance to understand how the mechanical performances are affected by the cutting operations. This study aims at the influence of the machining procedure (routing, end milling) of carbon/epoxy and glass/epoxy composite coupons on their mechanical performances. Three mechanical tests are considered: iosipescu shear test, ring tension test and off-axis tensile test. The cutting damages are detailed and evaluated by surface roughness measurements and microscopic observations with statistical treatments of the results. Two significant damage criteria are determined to explain low mechanical performances of composites coupons. Cutting recommandations advise in the choice of machining procedure on fiber reinforced composite coupons.