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RÉSUMÉ
De plus en plus, l’ingénieur est à la recherche de critères et de modèles de prévision du comportement à long terme des composites à matrice organique (CMO). Pour cela, il faut collecter des informations sur les constituants du matériau, déterminer les sollicitations de tous genres (thermique, mécanique, hydrique…) auxquelles le composite est soumis et disposer de données de vieillissements accélérés fiables. Cet article présente également les évolutions des propriétés susceptibles d’être rencontrées en service.
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Bruno MORTAIGNE : Docteur en matériaux de l’École Nationale Supérieure d’Arts et Métiers (ENSAM) - Spécialiste « Matériaux » - Délégation Générale pour l’Armement (DGA)
INTRODUCTION
Les composites à matrice organique (CMO) monolithiques ou sandwiches sont désormais incontournables pour l’ingénieur, et l’établissement de critères et de modèles permettant de prévoir leur comportement au vieillissement est un enjeu important. Cela nécessite non seulement de caractériser l’évolution des propriétés, mais également de comprendre les phénomènes de dégradation qui sont intervenus (physico-chimique, physique, mécanique). Dans le dossier « Vieillissement des composites. Mécanismes et méthodologie d’étude », la méthodologie d’étude à adopter pour prévoir leur comportement à long terme ainsi que les phénomènes responsables de la dégradation des propriétés ont été détaillés dans leur globalité.
La définition d’un modèle de prévision du comportement nécessite d’acquérir le maximum d’informations sur les constituants et sur la structure du matériau, d’identifier le plus exactement possible les sollicitations (thermique, hydrique, mécanique...) auxquelles le composite est soumis en condition opérationnelle, et d’utiliser des moyens de contrôle (optique, contrôles non destructifs : CND) permettant de suivre la formation et la propagation des endommagements. Il nécessite d’avoir recours à des vieillissements accélérés réalistes pour lesquels il est nécessaire de s’assurer de leur représentativité. La plus grande difficulté rencontrée pour ces essais est la définition des cycles de sollicitations représentatifs des agressions subies en service.
Ce dossier tente, à travers divers exemples de CMO structuraux, de mettre en application la méthodologie définie précédemment. Il décrit les différents moyens d’analyse du comportement à mettre en œuvre et indique au lecteur les évolutions des propriétés susceptibles d’être rencontrées en service de manière à ce qu’il puisse les intégrer dans la prévision du comportement à long terme.
Plusieurs « modèles » dépendant du CMO et de ses conditions d’utilisation, basés sur l’évolution de la propriété limitative à l’utilisation et résultant soit d’une analyse physico-chimique, soit d’un suivi des propriétés mécaniques sont présentés. La température et l’humidité étant les deux facteurs majeurs influençant les caractéristiques initiales des matériaux et de vieillissement, la prévision de leur comportement en fonction de ces paramètres est regardée de manière systématique. Du point de vue mécanique, la résistance aux impacts et la compréhension des mécanismes de propagation de fissures sont systématiquement investiguées pour pouvoir certifier le comportement en cours d’utilisation. Une modélisation mécanique par éléments finis prenant en compte des singularités de structure, de contrainte et d’endommagement ainsi qu’une approche multiéchelle de prévision du comportement sont également présentées. Ces modèles ne permettent toutefois pas de s’affranchir du retour d’expérience du comportement en environnement d’utilisation qui est le seul à pouvoir les valider.
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Comportement à long terme
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7. Références complémentaires aux articles COR 112 et COR 113
La compréhension et la prévision du comportement à long terme des CMO est un enjeu majeur pour les industriels et de nombreux laboratoires au niveau mondial, tant universitaires qu’industriels, qui mènent des travaux dans cette optique. La littérature nationale (Journées nationales des Composites, Journées thématiques de l’Association pour les Matériaux Composites–AMAC...) et internationale (International Conference on Composite Materials – ICCM, European Conference on Composite Materials – ECCM, SAMPE...) est très nombreuse et des colloques internationaux sont régulièrement organisés pour permettre un échange d’information. Le lecteur pourra trouver de nombreuses données scientifiques ainsi que les coordonnées des équipes en fonction de leurs domaines de compétence en se reportant aux actes de ces colloques.
Des informations complémentaires sont également disponibles, entre autres, sur les sites des associations :
Les références énumérées n’ont pas été citées directement dans les articles et , mais les travaux qui y sont décrits apportent des informations complémentaires en relation étroite avec eux.
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Références complémentaires aux articles COR 112 et COR 113
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BUCK (S.E.) - The durability of E glass vinylester composite materials subjected to environmental conditioning and sustained loading. - J. of Composite Materials, 9, 874-892 (1998).
-
(2) - JACQUEMET (R.), Thèse université de Nancy - Étude du comportement au vieillissement sous charge de stratifiés polyester/verre E en milieu marin - (1989).
-
(3) - PABIOT (J.) - Influence des contraintes mécaniques sur le vieillissement des polymères en milieu liquide. - 4e journées d’études du vieillissement des polymères, Bandol (1980).
-
(4) - MORTAIGNE (B.), BELLENGER (V.), VERDU (J.) - Hydrolysis of styrene crosslinked unsaturated polyesters. Effect of chain ends. - Polymer Networks and Blends, 2 (4), 187-195 (1992).
-
(5) - GANEM (M.), MORTAIGNE (B.), BELLENGER (V.), VERDU (J.) - Hydrolytic ageing of vinylester materials – Part 2 – Ageing of networks. - Polymer Networks and Blends – Vol 4 no 3-4, 115-122 (1994).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Petits navires – Construction de coques et échantillons – Partie 1 : matériaux : résines thermodurcissables, renforcement de fibres de verre, stratifié de référence. - NF EN ISO 12215-1 - 03-01
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Petits navires – Construction de coques et échantillons – Partie 2 : matériaux : matériaux d’âme pour les constructions de type sandwich, matériaux enrobés. - NF EN ISO 12215-2 - 09-02
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Petits navires – Construction de coques et échantillons – Partie 3 : matériaux : aciers, alliages d’aluminium, bois, autres matériaux. - NF EN ISO 12215-3 - 08-02
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Petits navires – Construction de coques et échantillons – Partie 4 : ateliers de construction et fabrication. - NF EN ISO 12215-4 - 12-02
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Composites plastiques renforcés de fibres – Détermination des propriétés de flexion. - NF EN ISO 14125 - 06-98
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Composites plastiques renforcés de fibres – Détermination de la résistance au cisaillement interlaminaire apparent par essai de flexion sur appuis rapprochés. - ...
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