Introduction à la fatigue des matériaux

Table des matières

Remerciements
Résumé
Table des matières
Table des figures
Liste des tableaux
Liste des symboles
1 Introduction générale
1.1 Introduction
1.2 Mise en contexte
1.3 Problématiques
1.4 Objectifs
1.5 Relation entre les chapitres suivants
2 Revue bibliographique
2.1 Introduction
Partie 1 : Composites à fibres naturelles courtes
2.2 Définition
2.3 Fibres naturelles
2.3.1 Fibres de plantes
2.3.2 Fibres de bois
2.4 Matrices en polymère
2.4.1 Les thermoplastiques
2.4.2 Les thermodurcissables
2.5 Techniques de fabrication des composites thermoplastique/fibres courtes
2.5.1 L’extrusion
2.5.2 La compression
2.5.3 L’injection
2.6 Les thermoplastiques/fibres de bois courtes
2.6.1 Caractérisation des thermoplastiques/fibres de bois courtes
2.6.2 Durabilité des thermoplastiques/fibres de bois courtes
2.6.3 Limites de la littérature
Partie 2 : Endommagement par fatigue des composites
2.7 Introduction à la fatigue des matériaux
2.7.1 Définition de la fatigue
2.7.2 Types de chargements
2.7.3 Paramètres de la fatigue des matériaux
2.7.4 Courbe de Wöhler
2.8 Endommagement par fatigue des matériaux composites à fibres courtes
2.8.1 Définition de l’endommagement
2.8.2 Mécanismes d’endommagement des composites à fibres courtes et techniques de détection
2.8.3 Différentes approches pour la modélisation de l’endommagement par fatigue
2.8.4 Modélisation de l’endommagement par fatigue des composites à fibres courtes
2.8.5 Implémentation des modèles d’endommagement par fatigue dans des codes de calcul éléments finis
2.8.6 Méthode de Cycle Jump
Partie 3 : Vieillissement hygrothermique des composites à fibres naturelles courtes
2.9 Phénomène de diffusion d’humidité
2.10 Influence de la température de l’eau d’immersion sur la prise de masse en humidité
2.11 Influence du taux de fibres naturelles sur la prise de masse en l’humidité
2.12 Influence de l’humidité sur le comportement mécanique du composite à fibres naturelles
2.12.1 Effet de l’humidité sur le comportement mécanique en traction
2.12.2 Effet de l’humidité sur le comportement mécanique en résistance à l’impact
2.12.3 Effet de l’humidité sur le comportement mécanique en flexion
2.13 Autres modèles de diffusion d’humidité proposés par la littérature
2.13.1 Modèle de Langmuir
2.13.2 Modèle basé sur la relaxation du matériau
2.13.3 Modèle à coefficient de diffusion dépendant du temps
2.14 Conclusion
3 Caractérisation, durabilité et endommagement par fatigue
3.1 Introduction
Partie 1 : Matériaux et méthodologie
3.2 Matériaux utilisés
3.3 Fabrication et validation des échantillons
3.4 Méthodolgie de travail
3.4.1 Vieillissement hygrothermique
3.4.2 Essais quasi-statiques en traction
3.4.3 Essais quasi-statiques en flexion
3.4.4 Essais de fatigue en flexion
3.4.5 Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier et analyse thermogravimétrique
3.4.6 Microscope électronique à balayage
Partie 2 : Caractérisation, durabilité et endommagement par fatigue du PEHD renforcé avec 40%wt de fibres courtes de bouleau
3.5 Essais quasi-statiques en traction
3.6 Essais quasi-statiques en flexion
3.7 Comparaison en quasi-statique avec des résultats issus de la littérature
3.8 Essais de fatigue en flexion
3.8.1 Durabilité du matériau
3.8.2 Étude statistique de Weibull
3.8.3 Mesure d’auto-échauffement
3.8.4 Endommagement par fatigue
3.9 Comparaison en fatigue avec des résultats issus de la littérature
Partie 3 : Effet du vieillissement hygrothermique sur les propriétés quasistatiques et de fatigue du PEHD renforcé avec 40 %wt de fibres courtes de bouleau
3.10 Vieillissement hygrothermique
3.11 Essais quasi-statiques en flexion
3.12 Essais de fatigue en flexion
3.12.1 Durabilité du matériau et analyse statistique de Weibull
3.12.2 Endommagement par fatigue
Partie 4 : Causes directes de la chute du HCFS du PEHD/40%wt de fibres de bouleau courtes après vieillissement hygrothermique
3.13 Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier et analyse thermogravimétrique
3.13.1 Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier
3.13.2 Analyse thermogravimétrique
3.14 Observations microscopiques
3.15 Conclusion
4 Modélisation numérique
4.1 Introduction
Partie 1 : Méthodologie de travail
4.2 Environnement MTU
4.3 Modélisation de la cinétique de diffusion d’humidité
4.3.1 Objectif
4.3.2 Analogie entre diffusion thermique et massique
4.3.3 Modèle géométrique, conditions aux limites et maillage
4.3.4 Modélisation par la méthode des éléments finis
4.4 Modélisation de l’endommagement par fatigue
4.4.1 Objectif
4.4.2 Modèle géométrique, conditions aux limites et maillage
4.4.3 Modélisation par la méthode des éléments finis
Partie 2 : Résultats de la modélisation de la cinétique de diffusion d’humidité
4.5 Modèle de diffusion adopté
4.5.1 Distribution de la concentration en humidité
4.5.2 Prise de masse en humidité
4.5.3 Validation du modèle de diffusion
4.5.4 Coefficients du modèle adopté
Partie 3 : Résultats de la modélisation de l’endommagement par fatigue
4.6 Modèle d’endommagement adopté
4.7 Évolution de la contrainte résiduelle
4.8 Validation et limite du modèle adopté
4.9 Conclusion
5 Conclusions générales et perspectives
5.1 Conclusions générales
5.2 Perspectives
A Identification des paramètres
A.1 Modèle de Nouri et al
A.1.1 Identification des paramètres longitudinaux et transversaux
A.1.2 Identification des paramètres de cisaillement
A.2 Identification du coefficient de réduction de rigidité dans le modèle de Ba Nghiep et al
B Effet de l’humidité sur le comportement mécanique en traction des composites à fibres naturelles courtes
C Résultats expérimentaux
C.1 Propriétés mécaniques en traction du PEHD/40%wt de fibres courtes de bouleau déterminées à 5 mm/min et 10 mm/min
C.2 Endommagement par fatigue du PEHD/40%wt de fibres courtes de bouleau sain
C.3 Endommagement par fatigue du PEHD/40%wt de fibres courtes de bouleau vieilli
C.4 Évolution de la macro-fissure et de la contrainte résiduelle
D Modélisation numérique