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RÉSUMÉ
Les structures sandwich, de par leur capacité à allier rigidité en flexion et légèreté, sont de plus en plus utilisées. Afin de choisir la structure optimale, il est essentiel de comprendre l'influence des différents paramètres (matériaux et dimensions) sur les propriétés de service mais aussi sur les mécanismes d'endommagements. Cet article détaille un certain nombre de propriétés mécaniques qui caractérisent ce type de panneaux, ainsi que les moyens expérimentaux qui permettent de les identifier.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Pierre LHUISSIER : Chercheur CNRS au laboratoire de Science et Ingénierie des Matériaux et des Procédés Grenoble Université
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Laurent LASZCZYK : Docteur-Ingénieur en Science et Ingénierie des Matériaux - Ingénieur R & D, Constellium
INTRODUCTION
Dans de nombreuses applications telles que l'aéronautique, le ferroviaire ou le bâtiment, le rapport entre rigidité mécanique en flexion et masse est primordial. Lorsqu'il s'agit de composants plats, la structure sandwich est une solution très pertinente. Cette structure consiste à associer deux matériaux différents :
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un matériau de cœur, également dénommé matériau d'âme, léger et ne nécessitant que de faibles propriétés mécaniques ;
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deux peaux, également dénommées parements ou semelles, nécessitant de bonnes propriétés mécaniques afin de contribuer à l'inertie de flexion.
L'insertion du matériau de cœur léger entre les deux parements permet une augmentation de l'épaisseur tout en limitant la prise de masse. En outre, le positionnement des parements très rigides au plus loin du plan médian permet de maximiser le moment d'inertie et donc la rigidité en flexion. Dans certains cas, des propriétés fonctionnelles sont aussi recherchées telles que l'absorption d'énergie lors de chocs. Le choix du matériau de cœur permet alors de satisfaire ce type de cahier des charges multifonctionnel, notamment par l'utilisation de matériaux architecturés (par exemple des mousses, treillis, tôles gaufrées). C'est en tenant compte de ces spécifications structurales et fonctionnelles que doit se faire dans une approche intégrée le choix des matériaux constitutifs et des paramètres géométriques.
Cet article détaille un certain nombre de propriétés mécaniques qui caractérisent ce type de panneaux, ainsi que les moyens expérimentaux qui permettent de les identifier.
Les notations et leurs définitions sont explicitées en page 18.
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Autres propriétés
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4. Absorption d'énergie
En plus de leurs propriétés structurales de service, les structures sandwich peuvent être utilisées pour leurs propriétés de protection. En effet le cœur, souvent peu dense, peut être comprimé et ainsi dissiper beaucoup d'énergie tout en prévenant d'une déflexion trop importante du parement opposé.
Quand la protection à l'impact est une contrainte principale sur la structure, par exemple dans le cas de radome d'avion pour l'impact à l'oiseau, il faut considérer les modes d'endommagement par indentation d'une plaque. Ce problème peut être traité sous plusieurs angles.
La structure peut soit être soumise à de l'indentation et de la flexion, ou être supportée par un plan qui assure que seule une charge d'indentation est appliquée.
4.1 Indentation et flexion
Quand l'indentation et la flexion sont considérées simultanément sur une structure sandwich, la répartition entre le dommage crée par l'indentation et ceux des autres modes d'endommagement n'est pas triviale. De plus, quand la flexion est prise en compte, les conditions aux limites sont difficilement proprement définies.
Ainsi pour les tests d'explosion ou pour les tests d'impact ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(2) - ALLEN (H.G.) - Analysis and design of structural sandwich panels - Pergamon (1969).
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(3) - ASHBY (M.F.), EVANS (A.G.), FLECK (N.A.), GIBSON (L.J.), HUTCHINSON (J.W.), WADLEY (H.N.G.) - Metal Foams : A design guide - Butterworth-Heinemann (2000).
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(4) - ZENKERT (D.), SHIPSHA (A.), PERSSON (K.) - Static indentation and unloading response of sandwich beams - Composites Part B : Engineering, 35(6-8) : 511-522 (2004).
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(5) - ZENKERT (D.), Nordic Industrial Fund - The handbook of sandwich construction - EMAS publishing (1997).
-
(6) - ANDREWS (E.W.), MOUSSA (N.A.) - Failure mode maps for composite sandwich panels subjected to air blast loading - International...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
CES Selector 2010, Granta Design Limited, Rustat House, 62 Clifton Road, Cambridge CB1 7EG, United Kingdom
HAUT DE PAGE
ASTM C393 (2006), Test Method for Core Shear Properties of Sandwich Constructions by Beam Flexure.
ASTM D7250 (2006), Practice for Determining Sandwich Beam Flexural and Shear Stiffness.
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