Comportement dynamique des composites à fibres naturelles et résines thermoplastiques : étude de la sensibilité à la vitesse de déformation - TEL - Thèses en ligne
Thèse Année : 2024

Dynamic behavior of natural fiber-reinforced thermoplastic composites : study of strain rate sensitivity

Comportement dynamique des composites à fibres naturelles et résines thermoplastiques : étude de la sensibilité à la vitesse de déformation

Franck Gouillou

Résumé

These works aim to explore the behavior of thermoplastic matrix composites reinforced with natural fibers by examining their strain rate response under tensile loading, focusing particularly on the variation of the longitudinal elastic modulus for 0° composites and the shear modulus for ±45° laminates. Using bamboo, flax, and basalt fibers as unidirectional reinforcements and semi-crystalline polyamide-11 as well as amorphous ELIUM resin as matrices, various experimental campaigns were conducted to characterize the materials. Static and dynamic tensile tests were performed using electromechanical equipment, DMA, and drop towers. Numerous explicit numerical simulations were employed to analyze the experimental data. The results reveal that 0° plies exhibit limited sensitivity to strain rates below 100 s⁻¹, with bamboo and flax composites showing little variation in Young's modulus, while basalt-reinforced composites display a slight increase. However, composites with ±45° stacking exhibit increased sensitivity, primarily influenced by the resin. This comprehensive investigation provides insights into the behavior of these natural fiber-reinforced thermoplastic polymer composites under different loading rates, guiding their optimization and application.
Ces travaux visent à explorer le comportement des composites à matrice thermoplastique renforcée de fibres naturelles en examinant leur réponse à la vitesse de déformation lors de sollicitations en traction, en se concentrant particulièrement sur la variation du module d'élasticité longitudinal pour les composites à 0° et du module d'élasticité en cisaillement pour les stratifiés à ±45°. En utilisant des fibres de bambou, de lin et de basalte comme renforts unidirectionnels et le polyamide-11 semi-cristallin ainsi que la résine amorphe ELIUM comme matrices, diverses campagnes expérimentales ont été menées pour caractériser les matériaux. Des tests de traction statiques et dynamiques sont effectués à l'aide d'équipements électromécaniques, DMA et tours de chute. De nombreuses simulations numériques explicites sont utilisées afin d'analyser les données expérimentales. Les résultats révèlent que les composites avec des plis à 0° montrent une sensibilité limitée aux vitesses de déformation inférieurs à 100 s-1, les composites en bambou et en lin présentant peu de variations du module de Young, tandis que les composites renforcés de basalte montrent une légère augmentation. Cependant, les composites avec un empilement à ±45° affichent une sensibilité accrue, principalement influencée par la résine. Cette investigation exhaustive fournit des informations sur le comportement de ces composites à fibres naturelles et polymères thermoplastiques sous différentes vitesses de chargement, guidant leur optimisation et application.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04818760 , version 1 (04-12-2024)

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  • HAL Id : tel-04818760 , version 1

Citer

Franck Gouillou. Comportement dynamique des composites à fibres naturelles et résines thermoplastiques : étude de la sensibilité à la vitesse de déformation. Matériaux. Ecole des Mines d'Albi-Carmaux, 2024. Français. ⟨NNT : 2024EMAC0004⟩. ⟨tel-04818760⟩
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