Étude du comportement mécanique d'un composite stratifié graphite/epoxy soumis à des sollicitations monotones et cycliques

Abstract

Le secteur des matériaux est un des secteurs clés de développement industriel. Parmi les nouveaux matériaux qui bénéficient d'un haut taux de croissance, on retrouve les matériaux composites à haute performance. Ces composites à fibres longues possèdent des propriétés spécifiques (résistance, rigidité) très élevées. L'effet de bord, problème fréquemment rencontré dans les structures composites, est relié à l'existence de contraintes interlaminaires aux bords libres des stratifiés. Ces contraintes interlaminaires peuvent engendrer un délaminage dans les stratifiés qui mènera rapidement à la ruine du matériau. Des études ont révélé qu'un choix judicieux de la séquence d'empilement des couches composant le stratifié permet de minimiser l'effet de bord. Une analyse théorique et expérimentale de l'effet de bord a été réalisée sur des composites stratifiés fabriqués en graphite-époxy (IM6-5245C) et contenant 18 couches soit 8 à 0°, 4 à +45°, 4 à -45° et 2 à 90°. Dans la partie théorique de notre étude, on tente de déterminer avec l'aide d'outils analytiques, la séquence optimale de stratification permettant de minimiser l'effet de bord pour une sollicitation mécanique donnée (tension ou compression). À cette fin, deux méthodes d'analyse furent utilisées soit d'une part, la technique des éléments finis et d'autre part un modèle basé sur les incompatibilités de Poisson et d'influence mutuelle ainsi que sur les moments réactifs aux interfaces. Au total, dix-sept stratifiés ayant différentes stratifications ont été analysés. Ces stratifiés ont été classifiés par les deux techniques d'analyse selon leur susceptibilité à l'effet de bord. Les deux modèles ont conduit à des résultats similaires. Suite à cette analyse, trois stratifiés démontrant différents niveaux de sensibilité à l'effet de bord ont été retenus pour une étude expérimentale de leur comportement, de façon à vérifier la fiabilité des outils analytiques développés pour choisir les séquences optimales d'empilement. L'étude expérimentale comprenait une série d'essais statiques en tension et en compression en vue de déterminer les limites ultimes des trois stratifiés et de caractériser l'endommagement aux bords libres des éprouvettes produit par ces sollicitations. Une étude du comportement des trois stratifiés sous des sollicitations cycliques (spectre de charges dominé par la compression) a également été réalisée. Des classements des trois stratifiés ont été faits à partir des résultats expérimentaux. Une comparaison du classement des stratifiés prédit par la théorie et observé expérimentalement montre que la corrélation est douteuse à ce stade-ci. Une étude complexe mais plus détaillée de l'influence de chacun des paramètres considérés dans l'étude théorique s'impose. C'est-à­-dire qu'on devra tenir compte dans les calculs: 1) de l'ensemble des contraintes interlaminaires ơx,ƭzx et ƭzy, ou 2) des incompatibilités de Poisson et d'influence mutuelle ainsi que des moments réactifs aux interfaces, en vue d'obtenir un modèle d'interprétation des résultats théoriques qui tiendra compte de l'influence respective de chacun des deux éléments. Une fois ces connaissances acquises, une modélisation théorique prédisant le comportement mécanique des stratifiés semblerait réalisable.