Endommagements induits par la thermo oxydation dans les composites carbone/epoxy unidirectionnels et stratifiés

par Dinh Quy Vu

Thèse de doctorat en Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces

Sous la direction de Marie-Christine Lafarie-Frenot et de Marco Gigliotti.

Soutenue en 2011

à Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique .

mots clés

• Composites à fibres de carbone
• Résines époxydes
• Durée de vie
• Réactions chimiques
• Oxydation
• Détérioration
• Essais accélérés
• Composites à fibres de carbone
• Résines époxydes
• Durée de vie (ingénierie)
• Réactions chimiques
• Essais accélérés (technologie)

Résumé

L'objectif de ce travail est de comprendre les mécanismes d'endommagement induits par la thermo-oxydation dans des stratifiés composites carbone/époxy, à différentes échelles. A l'échelle microscopique (fibre/matrice), les évolutions du retrait chimique de la matrice au cours du vieillissement sont caractérisées. La pression d'oxygène est utilisée pour accélérer le processus d'oxydation. L'état d'endommagement surfacique de l'échantillon vieilli est ainsi observé et analysé. L'extraction des profils de matrice entre deux fibres permet d'analyser le retrait matriciel au niveau des interfaces fibre/matrice. Les mesures expérimentales sont confrontées aux simulations d'un modèle numérique chemo-mécanique couplé, et des valeurs critiques du taux de restitution d'énergie de décohésion fibre/matrice sont identifiées. A l'échelle mésoscopique (pli), la propagation en profondeur de la couche oxydée/endommagée est caractérisée. A l'échelle macroscopique (stratifié), les effets de la thermo-oxydation sur les mécanismes et les cinétiques de fissuration matricielle dans des stratifiés composites [0/90]s croisés sont étudiés. Ce travail donne un aperçu assez complet des mécanismes d'endommagement induits par la thermo-oxydation dans des composites organiques de type carbone-époxy.

Titre traduit

Thermo-oxidation-induced damages in carbon/epoxy composite

Résumé

The aim of this study is to understand the thermo-oxidation-induced damage mechanism in the composite at different scales. At microscopic scale (fiber/matrix), the evolution of matrix shrinkage during aging is characterized. Oxygen pressure is used to accelerate the oxidation. Damage on aged samplesurface is observed and analyzed. Matrix profile between two fibers is extracted in order to analyze matrix shrinkage at fiber/matrix interface. Experimental measurements are compared to numerical simulation of a multiphysics model. At mesoscopic scale (ply scale), the propagation of oxidized/damaged layer is characterized. At macroscopic scale (laminate), the effects of thermo-oxidation on the matrix cracking mechanism and kinetic of cross-ply composite are investigated. This work gives a relative complete view of thermo-oxidation-induced damage mechanism in carbonepoxy composite.