Etude du comportement hygro-thermo-mécanique d'un matériau composite sandwich avec âme balsa utilisé en applications navales

• Auteur / Autrice : Luan Tran Van
• Direction : Pascal Casari
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Construction navale

Matériaux sandwichs

Propriétés mécaniques

Composites

Mots clés libres

Structure sandwich

Résumé

Les matériaux composites sandwichs ont été largement adoptés dans le domaine naval car ils présentent des atouts de légèreté et de bonne résistance mécanique. Cependant, leur tenue à l'humidité en environnement marin est encore difficile à prédire et leur résistance au feu constitue l'une des limitations principales à leur utilisation dans un plus grand nombre de cas. Ce travail s'intéresse au comportement d'un composite sandwich à base de peaux en verre-polyester et d'une âme balsa. Le balsa, élément principal du matériau, peut absorber une très grande quantité d'eau ce qui peut alors affecter ses caractéristiques mécaniques. De plus, la présence d'humidité peut influer sur la tenue au feu du matériau. Aussi, afin de mettre en évidence la durabilité du matériau et la physique des phénomènes rencontrés, de nombreuses expériences ont été menées en conditions variées d'humidité, de température et de chargements mécaniques. En complément de résultats classiques obtenus sur le balsa, des essais de tenue au feu ont été associés à des essais de flexion du composite sandwich pour en estimer la résistance en fonction du temps de combustion. Enfin, à partir de résultats expérimentaux associés à la reprise en eau du balsa et du composite sandwich, des modélisations permettant de mieux comprendre et de prédire l'état mécanique de la structure sandwich ont été établis.

Sandwich composite structures have been widely adopted in the naval field because they exhibit both lightness and good mechanical strength. However, their resistance to moisture in the marine environment is difficult to predict, and their fire resistance is one of the main limitations to their use in a greater number of cases. In this work, we focus on the behavior of a composite sandwich composed with glass-polyester skins and balsa core. Balsa, which is the main constituent, can absorb a large amount of water which may affect its mechanical properties. Moreover, the presence of moisture can influence the fire resistance of the material. Thus, in order to highlight the material durability and the physical phenomena encountered, several experiments were performed in miscellaneous conditions of humidity, temperature and mechanical loadings. In addition to classical results obtained on the balsa, testing of fire resistance combined with bending tests on sandwich composite materials were achieved to estimate the residual strength as a function of the combustion time. Finally, from experimental results related to the water uptake of balsa and of sandwich composite, modelling was computed to better understand and predict the mechanical state of the studied sandwich structure.