Généralité sur les matériaux composites

Historique des matériaux composites

Les matériaux composites ont été connus dans tous les âges, les vendeurs d’Owens Corning Fiberglass Company ont commencé à vendre la fibre de verre aux ayants droit dans les Etats-Unis. La fibre de verre avait été faite, presque par accident en 1930, quand un ingénieur est devenu intrigué par une fibre qui a été formée pendant le processus d’application du lettrage à une bouteille à lait en verre. Les vendeurs de fibre de verre se sont rendus compte que l’industrie aéronautique était, en particulier, un client probable pour ce nouveau type de matériel parce que les nombreuses petites et vigoureuses compagnies aériennes ont semblé créer de nouvelles conceptions d’avion et concepts innovateurs en fabriquant presque quotidiennement avec plusieurs de ces innovations exigeant de nouveaux matériaux. D’autres applications pour l’avion ont aussitôt suivi. Plusieurs outils (des gabarits et des montages) pour former et tenir des sections et des ensembles d’avion, nécessaires pour être forts, légères, avec des formes courbées (compliquées).

Les métaux disponibles n’ont pas pu facilement être réalisés avec ces critères et ainsi l’outillage phénolique renforcé par fibre de verre est devenu le matériau préféré pour ces applications de fabrication d’avion. Le pas du développement des composites, déjà rapide, a été accéléré pendant la deuxième guerre mondiale dans le développement des avions, en conséquence, des composites plus largement répandus dans l’outillage, mais l’utilisation des composites pour les pièces structurales et semi structurales était exploré et puis adopté. Environ cette période (1942), le gouvernement des Etats-Unis est devenu intéressé que les approvisionnements en métaux pour l’avion ne peuvent pas être disponibles et ainsi ils ont instruit les ingénieurs à la base aérienne de Wright Patterson à inspecter tous les fabricants des pièces composites aux Etats-Unis et essayer de déterminer les meilleures conceptions de la fabrication des composites.

Certaines des applications orientées par la guerre ont été dirigées directement aux applications commerciales telles que les bateaux de polyester renforcés par les fibres de verre. En 1948, plus d’un millier de bateaux commerciaux avaient été faits. Plusieurs méthodes de fabrication innovatrices ont été également développées vers la fin des années 40 et du début des années 50 du siècle dernier comprenant la pultrusion (par Goldsworthy), moulage au sac à vide, et l’enroulement filamentaire à grande échelle. De nouvelles fibres ont été également introduites avec des filaments de bore devenant disponibles en 1965 et les fibres d’aramide (Kevlar®) ont offert commercialement par DuPont en 1971.Ces fibres avancées de performance, avec la fibre de verre et les fibres de carbone, ont mené aux développements énormes dans l’espace, l’armure (structurale et personnelle), l’équipement de sports, les dispositifs médicaux, et beaucoup d’autres applications. Aujourd’hui, le marché de composites est très vaste. Le plus grand marché est toujours dans le transport, la construction, la marine, l’équipement électrique et électronique, le consommateur, et l’équipement d’application/business sont également de grands marchés.

résultats et interprétations

Nous présenterons dans ce chapitre une analyse des vibrations libres d’une poutre en matériaux composites. La première partie de ce chapitre met en évidence la validité du programme développé, ainsi une étude comparative est faite avec des travaux de différents auteurs. La deuxième partie en augmentant les nombres de fonctions de forme hiérarchiques pour un élément. L’étude de l’influence de paramètres physiques et géométriques sur les fréquences propres de la poutre en matériaux composites. [3] Dans ce chapitre nous exposons les résultats obtenus par notre programme pour un exemple d’application. Dans ce cas en prend PU = PV = PW = Pβx = Pβy = Pφ = ?

Dans notre exemple, les propriétés physiques de poutre en Bore- époxyde sont définies dans le Tableau 1, le facteur de correction de cisaillement ks est 0.503, et les paramètres géométriques sont : L = 2.47 m, D = 12.69 cm, e = 1.321 mm, 10 couches à des épaisseurs égales (90°, 45°,-45°,0°6, 90°). Dans cet exemple poutre en Bore – époxyde est modélisé par un seul élément. Conclusion Générale L’étude statique d’une poutre en matériaux composites en utilisant la version- p de la méthode des éléments finis, Les résultats obtenus concordent avec ceux disponibles dans la littérature. Plusieurs exemples ont été traités pour déterminer l’influence de l’angle de l’orientation des fibres des poutres en matériau composite, Ce travail permit les conclusions suivantes :

La convergence est vérifiée que en augmentant le nombre des fonctions de forme. avec des résultats qui s’accordent avec les solutions disponibles dans la littérature.

Les résultats trouvés montrent que le matériau composite influe sur les fréquences propres de la poutre.

Les résultats trouvés montrent que les paramètres de la poutre changer les fréquences.

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Table des matières

Résumé
Sommaire
Liste de figues
Liste de tableaux
Liste des symboles
Introduction Général
Chapitre I Généralité sur les matériaux composites
I.1. Introduction
I.2. Historique des matériaux composites
I.3. Définition
I.3.A. Matrice
I.3.B. Renfort
I.3.C .Exemples sur les fibres et les matrices
Chapitre II théories de poutres de Timoshenko
II.1. Introduction
II.2. Relations contraintes-déformations
II.3. Energie de déformation
II.4. Energie cinétique
II.5. Equations du mouvement
Chapitre III Formulation par la méthode des éléments finis hiérarchiques
III.1. Introduction
III.2. formulation par la méthode des éléments finis hiérarchiques
III.2.1 Choix de l’élément
III.2.2 Détermination de la matrice de rigidité [K
III.2.3 Détermination de la matrice masse
III.2.4 Forme finale des équations du mouvement
Chapitre IV Organisation de la programmation
IV.1. Introduction
IV.2. Schéma de calcul
IV.3. Description du programme
IV.3.A-Fichier de données
IV.3.B-programme de calcul
IV.3.C-Formation des matrices
IV.3.D-calcul des fréquences propres
Chapitre V Résultats et interprétations
V -1.Introduction
V -2. Val idat ion et interprétat ion des résul tats.
V -2.1. Convergence
V.2.2. étude paramétriques
V-2-3. Interprétations
Conclusion
Références bibliographiques