Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Lors d’essais de fatigue dans les assemblages, la rupture dans les joints collés n’est pas toujours localisée au sein de l’adhésif. En effet, les joints collés en milieu chaud ou humide se délaminent par affaiblissement de l’interface, interface où les phénomènes en jeu sont encore incomplètement connus. Cet article est consacré aux différentes approches permettant de fournir des indicateurs relatifs à la durabilité d’un assemblage collé au sein de son environnement. Citons l’approche thermodynamique, qui propose un critère de stabilité du système adhésif ; l’approche expérimentale, qui permet de prédire le comportement des joints collés sur la base d’essais accélérés et de lois empiriques ; et d’autres approches basées sur le calcul numérique et l’usage de méthodes statistiques et probabilistes comme outil prédictif.
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Auteur(s)
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Jacques-Alain PETIT : Docteur ès sciences - Professeur à l’École nationale d’ingénieurs de Tarbes (ENIT) - Laboratoire Génie de production
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Yves BAZIARD : Docteur ès sciences - Professeur à l’ENIT - Laboratoire Génie de production
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Valérie NASSIET : Docteur - Maître de conférences à l’ENIT - Laboratoire Génie de production
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Bouchra HASSOUNE-RHABBOUR : Docteur - Maître de conférences à l’ENIT - Laboratoire Génie de production
INTRODUCTION
Pour évaluer la fiabilité d’un matériau homogène et isotrope, des essais de fatigue sont communément utilisés pour déterminer le seuil d’endommagement du matériau par sa limite d’endurance. Si la rupture dans les joints collés était toujours localisée au sein de l’adhésif (cohésive), les concepts de la mécanique des milieux continus et de la mécanique de la rupture seraient suffisants pour dimensionner les structures collées à travers la détermination de critères de rupture. Malheureusement, comme nous l’avons évoqué dans la première partie consacrée à l’étude de la durabilité Durabilité des assemblages collés- Étude, les joints collés en milieu chaud ou humide se délaminent par affaiblissement de l’interface. Les phénomènes qui régissent l’établissement de l’interface ne sont pas encore complètement connus si bien que les lois d’évolution temporelle des interfaces substrat/adhésif ne sont pas encore établies.
Cependant, plusieurs approches permettent de fournir des « indicateurs » sur la durabilité de l’assemblage collé au sein de son environnement. L’approche thermodynamique propose, par exemple, un critère de stabilité du système adhésif. L’approche expérimentale, basée sur des essais mécaniques, permet de prédire le comportement des joints collés à partir d’essais accélérés effectués en laboratoire et de lois empiriques ou semi-empiriques. Les données de sortie sont soit des réductions de résistance mécanique, soit des évolutions d’énergies de rupture. L’expérimentateur se place alors, le plus souvent, dans un scénario de « qui peut le plus peut le moins ». D’autres approches prometteuses se sont développées ces dernières années. Elles sont basées sur le calcul numérique et sur l’usage de méthodes statistiques et probabilistes comme outil prédictif.
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Présentation
Ingénierie de la durée de vie des assemblages collés structuraux
En anglais
2. Approche expérimentale
La plupart des tests mécaniques des assemblages collés, le plus souvent désignés à tort « tests d’adhérence », sollicitent l’ensemble de l’assemblage : substrats, adhésif et interfaces (figure 1). Les résultats de ces essais, exprimés sous la forme d’une force ou d’une contrainte de rupture ou même encore d’un taux critique de restitution d’énergie Gc, sont alors représentatifs du comportement mécanique global de l’assemblage lors de la rupture. Ce comportement dépend des propriétés mécaniques des substrats, lesquels doivent demeurer dans le domaine de déformation macroscopique élastique, de l’adhésif sous forme de joint et des interfaces. Dans ces conditions, seuls les tests destructifs favorisant la rupture interfaciale substrat/adhésif par une concentration des contraintes maximales près de l’interface peuvent être qualifiés de tests d’adhérence. Et Gc est alors l’énergie d’adhérence (J·m-2).
2.1 Essais d’adhérence et essais de durabilité
Les seuls tests d’adhérence sont ceux qui mesurent la résistance de l’interface par une force ou une énergie de séparation dont la valeur expérimentale est associée à une localisation interfaciale de la rupture. Ainsi, les essais classiques de cisaillement (à simple, double, quadruple recouvrement) et de pelage (sous angle variable) ne sont pas de réels essais d’adhérence, sauf s’il y a rupture interfaciale, puisqu’ils ne concentrent pas les contraintes à l’interface. Les résultats qu’ils fournissent d’un point de vue macroscopique, à travers l’évolution d’une grandeur expérimentale, n’en sont pas moins importants pour le concepteur. En effet, les assemblages collés sont dimensionnés pour supporter les contraintes en service sans se rompre et toute rupture éventuelle doit être cohésive dans l’adhésif et non adhésive à l’interface. Cela implique que la résistance interfaciale, ou adhérence, soit supérieure à la résistance à la rupture de l’adhésif dans le joint. Le problème se complique, puisqu’il ne suffit pas de se satisfaire d’une adhérence élevée juste après élaboration de l’assemblage, mais aussi que celle-ci soit pérenne en service sous sollicitations...
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Approche expérimentale
BIBLIOGRAPHIE
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Aéronautique et espace. Adhésifs structuraux. Mesure du fluage d’un assemblage collé. - L17-511 - 07-90
-
Adhésifs. Adhésifs structuraux. Essai de clivage au coin. - T76-114 - 11-83
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Adhésifs. Structuraux. Détermination de la résistance au cisaillement d’assemblage type axe-bague. - NF T76-121 - 12-84
-
Terminologie relative à la fiabilité. Maintenabilité. Disponibilité. - NF X60-500 - 10-88
-
Adhésifs structuraux. Guide pour la préparation de surface des métaux et des plastiques avant le collage par adhésif. - NF EN 13887 - 01-04
-
Adhésifs structuraux. Essai de pelage en T d’assemblages collés flexibles-sur-flexibles. - NF EN 14173 - 12-02
-
Adhésifs structuraux. Caractérisation de la durabilité des assemblages collés. Essai de clivage au coin. - PR NF EN 14444 - 02-05
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