Comportement au fluage de structures sandwich thermoplastiques

Creep behaviour of thermoplastic sandwich structures

• Auteur / Autrice : Émeric Lagardère
• Direction : Patricia Krawczak
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Lille 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Viscoplasticité

Viscoélasticité

Matériaux -- Fluage

Polypropylène

Matières plastiques renforcées à la fibre de verre

Composites thermoplastiques

Résumé

L'objectif est d'étudier le fluage de composites comêlés verre/polypropylène unidirectionnels et orthogonaux et d'établir les bases de prévision du comportement à long terme (déformation et rupture) de pièces industrielles tubulaires en composites thermoplastiques à structure sandwich particulière, associant âme en composite polypropylène renforcé de fibres de verre continues et peaux en polypropylène et réalisées par un procédé d'extrusion-enroulement. Deux approches, basées sur les méthodes classiques de mécanique des composites, ont été mises en oeuvre. La première prend en compte le comportement viscoélastique linéaire des différents matériaux constitutifs et a nécessité la détermination expérimentale des modules de fluage et des courbes de durées de vie des constituants de base du sandwich (âme composite, peau thermoplastique) sur des durées relativement longues de six mois à un an. La seconde est basée sur la modélisation des déformations en fluage des constituants élémentaires du sandwich et a requis l'identification sur la base d'essais de fluage et fluage-recouvrance d'un à cinq jours des paramètres de diverses lois décrivant un comportement viscoélastique linéaire ou non-linéaire, voire viscoplastique : modèles de Burgers (viscoélasticité + viscoplasticité linéaires), Findley (viscoélasticité non-linéaire) et Schapery combiné à Zapas-Crissman (viscoélasticité non-linéaire + viscoplasticité). La pertinence et le domaine d'utilisation de ces deux approches ont été validés par des essais sur structures industrielles modèles pour des cas de chargement sous pression interne particuliers (absence d'effets de fond) proches de ceux rencontrés en service.

This work aims at investigating the creep behaviour of commingled yarn glass/polypropylene unidirectional and cross-ply composites and at predicting the long term behaviour (creep deformation and failure) of tubular industrial parts made of a peculiar sandwich structure (association of a glass/polypropylene composite core with two neat polypropylene skins) and manufactured by the extrusion-winding process. Two ways have been considered to reach this goal, both based on the well-established laminate theory. The first approach takes into account the linear viscoelastic behaviour of the skin and core materials. It has required the determination of the materials creep moduli and life curves over a quite long period of 6 months to one year. The second one is based on modelling the creep strain of the different sandwich layers. Short-term creep or creep-recovery tests (over 1 to 5 days) have allowed the identification of the parameters of various models describing the linear or non-linear viscoelastic and/or viscoplastic creep behaviours: Burgers (linear viscoelasticity + viscoplasticity), Findley (non-linear viscoelasticity), Shapery (non-linear viscoelasticity) coupled to Zapas-Crissman (viscoplasticity). The consistency and application range of both approaches have been experimentally validated on prototype industrial parts for some loading cases (internal hydraulic pressure without end effects) close to in-service conditions.