Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
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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Sandwich panels, due to their high stiffness versus lightness ratio are used more and more in high performance products. In order to design theses panels with the most appropriate dimensions and material combinations, relevant mechanical properties must be well understood. This article presents a certain number of mechanical properties which characterize these types of panels, focusing on experimental characterisations, predictive models and design rules.
Auteur(s)
-
Pierre LHUISSIER : Chercheur CNRS au laboratoire de Science et Ingénierie des Matériaux et des Procédés Grenoble Université
-
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 :
-
un matériau de cœur, également dénommé matériau d'âme, léger et ne nécessitant que de faibles propriétés mécaniques ;
-
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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KEYWORDS
mechanical properties | damage | materials | sandwich panels | experimental tests | stiffness
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Exemple de dimensionnement
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5. Autres propriétés
5.1 Fatigue
La résistance à la fatigue de la structure est limitée par la résistance à la fatigue des différents composants : le cœur, les parements et l'interface cœur/parement. La limite est atteinte quand celle du maillon le plus faible est atteinte, elle est souvent rapidement suivie de la ruine de la structure.
HAUT DE PAGE
Dans le cas d'une sollicitation en flexion, la résistance en flexion est donnée par le minimum de la résistance en flexion du cœur et des parements.
Pour le cœur, la contrainte de cisaillement à considérer est :
Pour les parements, la contrainte de traction-compression à considérer est :
Ces différentes contraintes sont à mettre en relation avec celles de la fatigue des composants [M 4 170] [M 4 171].
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Autres propriétés
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ASHBY (M.F.) - Hybrid Materials to Expand the Boundaries of Material-Property Space - Journal of the American Ceramic Society, 94(29018) : s3-s14 (2011).
-
(2) - ALLEN (H.G.) - Analysis and design of structural sandwich panels - Pergamon (1969).
-
(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).
-
(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).
-
(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
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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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