Bibliographie & annexes
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Auteur(s)
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Yvon CHEVALIER : Professeur des Universités - Responsable de groupe de recherche vibroacoustique (GRV) au Laboratoire d’ingénierie des structures mécaniques et des matériaux (LISMMA) à l’Institut supérieur des matériaux et de la construction mécanique (ISMCM)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les matériaux composites à matrice organique possèdent des propriétés d’amortissement essentiellement dues au caractère viscoélastique de la matrice et aux propriétés d’interface fibre-matrice. Ces propriétés dépendent plus ou moins fortement de la fréquence et de la température. Au niveau des composites, ces propriétés ont une dépendance directionnelle ce qui implique que ce type de matériau composite est un milieu amortissant anisotrope.
Si les propriétés d’élasticité du composite peuvent être déterminées par des essais quasistatiques, les propriétés d’amortissement nécessitent, par essence, l’utilisation des essais dynamiques. Dans la première partie de l’analyse consacrée aux essais dynamiques sur composites nous avons examiné les principes et les dispositifs d’essais permettant d’obtenir les modules techniques d’un matériau composite (excepté le coefficient de Poisson) pour des fréquences n’excédant pas la dizaine de kilohertz. Cette seconde partie, consacrée aux essais par propagation d’ondes sur composites, vient compléter le dispositif « essais dynamiques » en agissant dans deux directions : compléter la matrice des rigidités (ou des souplesses) et connaître le matériau à des fréquences largement supérieures à la dizaine de milliers de hertz.
Les dispositifs, basés sur la propagation d’ondes, doivent éviter les phénomènes d’ondes stationnaires ce qui implique de réaliser des essais en milieux semi-infinis. En d’autres termes, la longueur d’onde doit être très inférieure à la taille de l’échantillon de matériau. Compte tenu de la vitesse des ondes dans les composites (2 000 à 5 000 m/s) les essais doivent être menés à des fréquences ultrasonores. Nous illustrerons l’ensemble des essais dynamiques en caractérisant un composite viscoélastique à fibres unidirectionnelles et un composite stratifié se présentant sous forme de tube cylindrique.
Cet article constitue le second volet d’une série consacrée aux essais dynamiques sur composites :
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Essais par propagation d’ondes ultrasonores
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3. Conclusion
Traditionnellement utilisés pour leurs hautes propriétés mécaniques spécifiques, rigidité et résistance, les matériaux composites possèdent également des propriétés d’amortissement, propriétés plus ou moins prononcées selon la nature du matériau mais aussi selon la direction considérée. Ces propriétés d’amortissement doivent être prises en compte dans le comportement vibratoire des structures composites puisqu’elles influent très fortement sur l’acuité des résonances de ces dernières.
Pour les composites à matrice organique nous retrouvons des comportements analogues à ceux des polymères dont les rigidités et les amortissements dépendent de la fréquence. Les difficultés de mesure sont similaires : aucun appareil ne permet à lui seul de balayer une large gamme de fréquences (plusieurs décades) et la précision sur les mesures de rigidité est nettement supérieure à celle sur les amortissements. L’anisotropie du matériau composite est une source supplémentaire de difficultés puisqu’elle nécessite de multiplier les essais dynamiques avec une maîtrise parfaite des conditions aux limites. Comme dans tout essai dynamique, les propriétés du matériau sont obtenues par le biais de la mesure des propriétés dynamiques d’une structure. Cette structure composite doit donc être la plus simple possible (poutre ou plaque) avec des conditions aux limites les mieux maîtrisées possible.
Dans le cas des matériaux composites usuels et classiques (fibres de verre ou de carbone, matrice époxy), le comportement est, comme nous l’avons vu, faiblement dépendant de la fréquence. L’anisotropie n’est alors plus en général une source de difficulté puisque les essais aux basses et aux hautes fréquences sont redondants. La stratégie d’exploitation de l’essai consiste alors à accorder une confiance plus grande à la mesure des termes diagonaux de la matrice des rigidités qu’à la mesure des termes hors axes.
Enfin, comme dans le cas des milieux isotropes, des modèles rhéologiques de matériaux composites peuvent être construits et ajustés à partir des essais.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - CINQUIN (J.) - Les composites en aérospatiale. - [AM 5 645] Traité Plastiques et Composites (2002).
-
(2) - LUCAS (D.) - Les matériaux composites en construction navale militaire. - [AM 5 660] Traité Plastiques et Composites (2000).
-
(3) - GLOAGUEN (J.-M.), LEFEBVRE (J.-M.) - Nanocomposites polymères/silicates en feuillets. - [AM 5 205] Traité Plastiques et Composites (2007).
-
(4) - CHEVALIER (Y.) - Essais dynamiques sur composites – Caractérisation aux basses fréquences. - [AM 5 400] Traité Plastiques et Composites (2002).
-
(5) - CHEVALIER (Y.) - Essais dynamiques sur composites – Caractérisation aux hautes fréquences. - [AM 5 401] Traité Plastiques et Composites (2003).
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
Bruel et Kjaer (excitateurs électromécaniques, analyseurs de spectre, accéléromètres, éléments de montage) http://www.bksv.fr
Metravib (dispositif de mesure complet) http://www.01db-metravib.com
Hewlet-Packard (générateurs de signaux, oscilloscopes) http://www.hp.com
Sofranel (capteurs ultrasonores, générateurs de signaux) http://www.sofranel.com
Lescate (propagation d'ondes ultrasonores dans l'air) http://www.lescate.com
MB Électronique http://www.mbelectronique.fr
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