Étude de caractérisation des mécanismes d'endommagement en mode II dans un matériau composite fibres de verre-époxyde par suivi d'émission acoustique

Abstract

La présente recherche concerne l'évaluation de l'émission acoustique comme méthode de contrôle non destructif de l'endommagement dans des éprouvettes en matériaux composites. L'émission acoustique associée à l'endommagement d'un composite fibres de verre-époxyde sollicité en flexion statique et dynamique est analysée afin de définir en temps réel une corrélation entre la résistance résiduelle et la durée de vie en fatigue du composite et la variation des paramètres acoustiques étudiés. Les dimensions des éprouvettes ainsi que la longueur de sollicitation existant entre l'encastrement et les supports d'application de la charge ont été calculées de façon à provoquer un délaminage en mode II. Un montage d'essai mécanique permettant d'effectuer soit un chargement statique ou cyclique en flexion sur une éprouvette doublement encastrée ("DCB") a été construit. Les résultats expérimentaux obtenus à partir d'un essai statique montrent que l'émission acoustique est une méthode très efficace pour détecter l'amorçage, suivre la croissance lente de l'endommagement dans le composite et de caractériser le délaminage correspondant à une rafale de salves d'émission acoustique. Les essais cycliques (pour R = -1, 0.1 et 0.4) permettent de construire les courbes de Woëhler S-N et de définir les limites d'endurance fixées au-delà de 106 cycles en utilisant uniquement les paramètres acoustiques comme les indicateurs de la croissance de l'endommagement dans le composite. Une équation constitutive décrivant le taux d'endommagement dans le composite soumis aux conditions expérimentales étudiées, est proposée. Basé sur la théorie du dommage non-linéaire proposée pour les matériaux isotropes, le modèle confirme que les paramètres acoustiques choisis pour la suivie d'endommagement dans le composite sont des indicateurs fiables pour prédire le délaminage en mode II. Une étude par éléments finis explique le phénomène de transfert des contraintes interlaminaires dans l'éprouvette stratifiée soumis au chargement en flexion. Les résultats de cette analyse ont permis de vérifier l'intensité des contraintes causant la rupture par délaminage en mode II et d'évaluer les valeurs relatives des contraintes mixtes (modes III, II, I). L'observation des défauts internes dans les éprouvettes endommagées par microscopie optique et électronique à balayage a permis de schématiser la progression des microfissures dans le composite. En outre, l'analyse microscopique a permis de corréler les zones de propagation avec l'émission acoustique et de comparer la sensitivité de cette technique et avec celle des ultrasons (C-Scan) pour détecter l'initiation des microfissures.