Essais sur drapage représentatif et Validation du modèle par comparaison avec les essais
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Figure 3-33 : Comparaison des courbes contrainte - déformation recalées obtenues numériquement et expérimentalement pour des températures de -40°C, 25°C et 85°C pour les éprouvettes représentatives.
Ces courbes présentent une bonne similitude avec les courbes obtenues expérimentalement. On observe l’apparition de la non-linéarité entre 125 et 150 MPa. La dépendance à la température est marquée par la non-linéarité plus importante à haute température qu’à basse température, comme lors des essais.
Ce premier essai confronté au modèle a permis de mettre en évidence une influence marquée de la température sur le comportement des éprouvettes représentatives : la contrainte à rupture de l’éprouvette diminue et la non-linéarité augmente avec la température.
Chargements Répétés Progressifs (CRP)
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Une acquisition numérique du temps, de la force appliquée, du déplacement de la traverse de la machine, de la déformation de la jauge suivant l’axe « x » de traction et de la déformation de la jauge suivant l’axe transverse « y » a été réalisée au cours des essais.
De plus les essais sont arrêtés à 150, 300 et 400MPa pour réaliser des observations microscopiques de la tranche des éprouvettes préalablement polies.
On peut voir sur la Figure 3-34, la Figure 3-35 et la Figure 3-36, les courbes contraintes – déformations longitudinales. A partir de ces courbes, on peut extraire le module sécant en fonction de la déformation résiduelle.
Figure 3-34 : Courbe contrainte – déformations (jauges) pour un essai CRP à 85°C sur drapage représentatif
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Figure 3-35 : Courbe contrainte – déformations (jauges) pour un essai CRP à 25°C sur drapage représentatif
Figure 3-36 : Courbe contrainte – déformations (jauges) pour un essai CRP à -40°C sur drapage représentatif
-40°C 25°C 85°C
Contrainte à rupture (MPa) 400 320 240
Déformation machine à rupture 1,8 % 1,5 % 1,1 %
Déformation à rupture 0,82 % 0,73 % 0,48 %
Tableau 3-7 : Contraintes à rupture du drapage représentatif soumis à des CRP pour différentes températures
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Les valeurs des contraintes à rupture obtenues pour les essais de traction à chargements répétés progressifs sont voisines de celles obtenues en traction pure (Tableau 3-7). On observe aussi que les modules varient très peu en fonction de la déformation résiduelle. Les essais montrent la présence, à 25°C et à -40°C, d’une légère perte de module avec la déformation résiduelle. Ce phénomène est plus marqué à 25°C. A 85°C, la déformation résiduelle et la perte de module ne sont pas significatives. On peut voir, Figure 3-37, l’évolution du module longitudinal de l’éprouvette en fonction de la déformation longitudinale résiduelle pour l’éprouvette à 25°C.
Figure 3-37 : Evolution du module longitudinal en fonction de la déformation résiduelle du drapage représentatif à 25°C sollicité en CRP.
Si l’on observe les micrographies des éprouvettes réalisées lors des essais, on peut voir l’apparition d’endommagements matriciels dans les plis à 90° avant 150 MPa. A 300 MPa, quelle que soit la température d’essai, le nombre de fissures matricielles n’évolue plus. Sur la Figure 3-38, on peut voir un exemple de fissure dans l’éprouvette représentative sollicitée à 85°C, ainsi qu’une fissure en train de se développer. On remarque que ces fissures relient les trous initialement présents dans le composite. Les défauts de fabrication du matériau sont donc des paramètres importants pour la cinétique d’endommagement du composite.
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Figure 3-38 : Observations microscopiques d’un pli à 90° sur la tranche d’une éprouvette de drapage représentatif à 85°C après un chargement de 150MPa
Les observations des micrographies et les premiers clichées pris par radiographie X (Figure 3-39) ont montré qu’il n’était pas possible de caractériser l’endommagement par cette dernière technique.
En effet, la porosité importante du matériau implique que le produit de contraste pénètre beaucoup dans le matériau même si celui-ci n’est pas endommagé. Il y aura donc de nombreuses « tâches » sur les radiographies X caractéristiques des défauts. De plus, les fissures se propageant entre deux trous, la signature des endommagements sera masquée par celle des défauts (Figure 3-40). Effectivement, on peut voir que dans la situation sans défaut le négatif est vierge avant l’essai. Après l’essai, l’empreinte des fissures apparait sur le négatif car le produit de contraste déposé sur l’éprouvette pénètre dans les fissures et bloque les rayons X marquant ainsi le négatif. On obtient ainsi la signature de la fissure. Dans le cas des éprouvettes avec défauts, le produit de contraste pénètre avant l’essai dans les défauts, marquant ainsi le négatif de l’empreinte des défauts. Après l’essai les fissures se propageant entre les défauts, les signatures des fissures sont masquées par celles des défauts. La caractérisation de l’endommagement par rayons X n’est donc pas concluante pour ces éprouvettes. On a donc suivi l’endommagement par émission acoustique.
Direction de traction
90°
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Figure 3-39 : Observations par radiographie X d’une éprouvette soumise à un chargement CRP à 25°C à l’état initial (a) et à 150MPa (b)
Figure 3-40 : Radiographie par rayons X : principes et effets des porosités
Un suivi par émission acoustique a été réalisé sur les éprouvettes représentatives sollicitées en CRP. Sur la Figure 3-41, on peut voir l’évolution du nombre d’évènements acoustiques cumulés en fonction du temps pour des températures de -40°C et 25°C. On observe, sur cette figure, à partir du deuxième cycle, soit pour 100MPa, une augmentation significative du nombre d’évènements acoustiques à 25°C. Ce résultat peut être relié aux résultats de traction quasi-statique, où l’on observait une non-linéarité dans la courbe contrainte - déformation à partir d’un seuil d’environ 100 MPa. On remarque aussi que l’effet Felicity est très peu marqué hormis pour le dernier niveau de chargement où l’endommagement est important. On peut aussi noter le nombre d’évènements acoustiques cumulés plus important pour une température de -40°C que pour 25°C. L’écart entre ces deux valeurs tend à se réduire avec l’augmentation de la charge.
La Figure 3-42 montre la répartition en trois classes obtenue en fonction de l’amplitude. Ces trois classes ont été obtenues par la méthode des k-moyennes pour une température de 25°C avec
20 mm x y (a) : Vierge
(b) : 150 MPa
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observe deux classes prépondérantes : une dont l’amplitude des échos est comprise entre 35 et 52 dB, et une dont l’amplitude des échos est comprise entre 52 et 83 dB. La troisième classe reste minoritaire et présente principalement des échos d’amplitude supérieure à 70 dB. On observe donc un recouvrement des différentes classes. Les échos d’amplitude inférieure à 52 dB correspondent très probablement à des fissures matricielles. Les échos de fortes amplitudes correspondent à des ruptures de fibres. Celles-ci sont très peu nombreuses et plutôt reparties à la fin de l’essai à la rupture de l’éprouvette (Figure 3-43).
Figure 3-41 : Evènements acoustiques cumulés pour un essai CRP sur drapage représentatif à 25°C et à -40°C
Figure 3-42 : Evenements acoustiques répartis selon trois classes par la méthode des k-moyennes pour un essai de CRP à 25°C sur un drapage représentatif
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Figure 3-43 : Evolution du nombre d’événements acoustiques dans chaque classe déterminée par la méthode des k- moyennes pour un essai de CRP à 25°C sur un drapage représentatif