Thermo-kinetic loading effects on the mechanical behaviour of a thermoplastic composite laminate. - Archive ouverte HAL Access content directly
Theses Year : 2019

Thermo-kinetic loading effects on the mechanical behaviour of a thermoplastic composite laminate.

Effets de chargements thermocinétiques sur le comportement mécanique d'un composite stratifié à résine thermoplastique.

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Abstract

This thesis presents the effects of thermo-mechanical loadings on the mechanical response of a new thermoplastic based composite laminate material. Indentation/low velocity impact tests lead at different velocities and temperatures allow to study the mechanical response of the composite structure. These loadings are representative of the different loadings a composite laminate structure might encounter during its service life (impacts during transport or maintenance like a dropped tool). The mechanical answer of the composite structure is studied (maximum load, stiffness, absorbed energy, dissipated energy...). The induced damage mechanisms are studied from the microscale to the macroscale with the help of a scanning electron microscope and an more regular optical microscope. The effects of thermo-mechanical loadings on the damage mechanisms in the laminate are observed and discussed.Indentation and impact loading conditions are known to induce a particular damage mechanism : inter-laminar fracture also known as delamination. Considered to be one of the most critical damage mechanism for composite laminates, delamination is governed by a material parameter called the energy release rate. The estimation of this parameter is still subject to debate nowadays. This energy release rate is generally studied with double cantilever beam (DCB) tests. An experimental DCB campaign was lead with tests done at different opening speeds and temperatures to study the thermo-mechanical loading effects on the rupture behavior of the laminate. The relevance of the DCB tests at higher opening rates is questioned in this thesis. Results from the literature show that the studied «material » parameter is dependent to the sample geometry for DCB tests. A multi-delamination phenomenon in the laminate rendering is highlighted and complexifies the estimation of created fracture surface. This makes the estimation of the energy release rate very difficult.
Cette thèse présente les effets de chargements thermocinétiques sur le comportement mécanique d'un matériau composite stratifié à résine acrylique thermoplastique, renforcé de fibres continues de verre. Des essais d'indentation/d'impact à faible vitesse à différentes vitesses de sollicitation et à différentes températures permettent d'étudier la réponse mécanique de la structure composite. Ces sollicitations sont représentatives des sollicitations que le composite stratifié pourra rencontrer durant son service (choc durant le transport, chute d'outil lors d'une maintenance, gravillonnage...). Les réponses structurelles du composite stratifié étudié (force maximale atteinte, raideur, énergie absorbée, énergie dissipée) sont estimées. Les mécanismes d'endommagements induits par ces sollicitations sont étudiés de l'échelle microscopique jusqu'à l'échelle macroscopique à l'aide d'un microscope optique à balayage (MEB) et d'un microscope optique. Les effets de chargements thermocinétiques sur les mécanismes d'endommagements observés sont discutés.Les sollicitations indentation et d'impact sont connues pour induire un mécanisme d'endommagement en particulier : la fissuration inter-laminaire appelée le délaminage. Considéré comme l'un des endommagements les plus critiques, le délaminage est piloté par un paramètre matériau appelé le taux de restitution d'énergie G. L'estimation de G reste encore aujourd'hui un sujet de débat. Ce taux de restitution d'énergie est généralement étudié à l'aide d'essais Double Cantiliver Beam (DCB). Une campagne d'essais DCB à différentes vitesses de sollicitation et différentes températures permettent d'étudier les effets du chargement thermocinétique sur le comportement à rupture du composite stratifié étudié. La pertinence des essais DCB à hautes vitesses de sollicitation est ensuite questionnée dans cette thèse. Des résultats de la littérature mettent en avant une dépendance du paramètre « matériau » étudié à la géométrie de l'éprouvette testée. Un phénomène de multi-délaminage dans le composite stratifié est mis en avant et complexifie l'estimation de la surface de rupture créée. Cela complexifie d'avantage l'estimation du taux de restitution d'énergie critique.
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tel-02482638 , version 1 (18-02-2020)
tel-02482638 , version 2 (19-02-2020)

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  • HAL Id : tel-02482638 , version 2

Cite

Lucien Cadieu. Effets de chargements thermocinétiques sur le comportement mécanique d'un composite stratifié à résine thermoplastique.. Mécanique [physics]. Université de Bordeaux, 2019. Français. ⟨NNT : 2019BORD0327⟩. ⟨tel-02482638v2⟩
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