Analyse de la tenue en fatigue de structures composites sandwich

• Auteur / Autrice : Fahmi Alila
• Direction : Pascal Casari
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance le 08/12/2017
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : COMUE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de recherche en génie civil et mécanique (GeM). Equipe Etat Mécanique et Microstructure (Saint-Nazaire)
• Jury : Président / Présidente : Abderrahim El Mahi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jamal Fajoui, Silvio Romero de Barros
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Polit, Xiao-Jing Gong

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux viscoélastiques

Composites -- Fatigue

Mots clés libres

Effets de bords

Résumé

Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à la tenue en fatigue des structures sandwich. Toutefois, la faible connaissance de leurs modes de rupture et de leur comportement en fatigue a freiné leur développement. La littérature rapporte des résultats de fatigue basés sur des normes d’essais que nous avons jugés utile d’approfondir. Dans un premier temps, nous avons proposé une approche d’un essai de fatigue classique sur poutre sandwich en éliminant la concentration de contrainte. Ainsi, une nouvelle géométrie a été proposée afin de limiter la concentration des contraintes aux bords. Ceci a permis de mieux caractériser le matériau sandwich. Nous avons découvrit que la durée de vie issue de la norme est 2 fois moins importante que celle issue de la nouvelle géométrie. Dans un deuxième temps, nous avons développé un modèle d’auto-échauffement basé sur l’approche généralisé de Maxwell afin de simuler le comportement viscoélastique de la mousse en fatigue en traction et en flexion 4 points. Les résultats numériques corrèlent avec les résultats expérimentaux. Ce modèle numérique viscoélastique développé permet d’expliquer les phénomènes physiques qui ne sont pas triviales expérimentalement. Ce travail a procuré une nouvelle méthodologie d’essai permettant de caractériser les matériaux sandwich en plus grande conformité avec les sollicitations rencontrées durant leur mise en service.

Sandwich structures are widely used in marines and aeronautic constructions. In this work, the fatigue behaviour of composites sandwich structures is apprehended. However, little knowledge of their failure modes and their fatigue behaviour has slow their development. The literature reports results of fatigue tests based on standard that is considered to be reviewed. In the first part of this document, a first approach of a classic fatigue test on a sandwich beam is proposed with reducing edge effects. This allows to better characterise the structure. Results shows that the fatigue lifetime issued from the standard geometry is twice less than the fatigue lifetime of the developed geometry. In the second part of this work, a self-heating modelling is developed based on the generalized Maxwell approach in order to simulate the viscoelastic behaviour of a PVC foam material in tensile and 4 point bending fatigue test. The numerical results correlate with the experimental results. This viscoelastic model allow to analyse physic phenomenon that are not easily found experimentally.