Contribution à l'étude des matériaux composites sous sollicitations biaxiales : fabrication et comportement d'une éprouvette cruciforme de géométrie préliminaire

Abstract

L'utilisation des matériaux composites à renfort fibreux et à matrice polymèrique au niveau des structures primaires requiert une très bonne connaissance de tous les aspects de leur comportement. La nécessité de bien connaître les modes d'endommagement et de concevoir des structures pouvant tolérer un certain dommage est indéniable, mais les cas de chargement complexe, nombreux en applications réelles, nous obligent tout d'abord à maîtriser parfaitement les éléments de résistance des composites sous sollicitations multiaxiales. La prédiction de la résistance sous des chargements de cette nature passe nécessairement par l'emploi de critères de résistance. Les formulations de ces derniers nécessitent cependant, dans bien des cas, des résultats issus d'essais biaxiaux qui sont encore peu nombreux et peu fiables, entre autres parce qu'il n'existe pas d'éprouvette adéquate. Ce travail s'attaque donc au problème de développement d'une éprouvette plane de géométrie cruciforme. Une géométrie préliminaire est utilisée: la zone centrale de l'éprouvette est de forme circulaire et le système composite carbone/époxyde HERCULES AS4/3501-6 à caractériser se présente en stratification [0/90]s. L'effet de cinq paramètres mécaniques et physiques est étudié à travers une série d'essais réalisés sur 10 éprouvettes: a) composition du renfort; b) diamètre de la zone d'essai; c) rapport des épaisseurs zone centrale/bras; d) procédé de fabrication; e) nature du renfort. L'effet d'un sixième paramètre non soupçonné au départ, à savoir le rapport de biaxialité entre les charges appliquées, est aussi discuté. Le travail couvre également l'aspect fabrication des échantillons où deux techniques y sont présentées et discutées. De cette recherche, il ressort que seul le collage de plaques prédécoupées permet de garantir la fabrication d'éprouvettes de qualité, alors que l'usinage de stratifiés contenant un film FM300 à l'interface renfort/plis centraux pourrait être une alternative valable. Une bonne éprouvette, caractérisée par la présence d'un champ ?-? biaxial homogène dans la zone centrale et par sa capacité à se rompre au centre avant son effondrement prématuré, devrait avoir des plaques de renfort au niveau des bras du type [0/90] ou de préférence du type [0] selon l'axe des bras. Le rapport des épaisseurs zone centrale/bras devrait se situer autour de 0,3 et la zone centrale devrait avoir un grand diamètre. Le rapport de biaxialité influence la redistribution des efforts dans l'éprouvette et, pour cette géométrie préliminaire, le chargement doit être dominant sur un axe pour tirer des informations pertinentes sur la résistance du matériau.