Bibliographie & annexes
Présentation
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 dynamiques sur composites. Caractérisation aux basses fréquences ;
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Essais dynamiques sur composites. Caractérisation aux hautes fréquences ;
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Essais dynamiques sur composites. Pour en savoir plus.
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Conclusion2. Exemple de caractérisation des matériaux composites
Nous allons illustrer les méthodes présentées au paragraphe 1 sur deux types de matériaux composites. Nous proposons d’une part de caractériser un composite unidirectionnel verre/époxy ayant un comportement viscoélastique, et donc des raideurs et des amortissements dépendant de la fréquence, les éprouvettes se présentent sous forme de plaques isotropes transverses (cinq modules d’élasticité indépendants). D’autre part, nous allons caractériser dans le domaine élastique un composite stratifié carbone/époxy dont les éprouvettes sont extraites d’un cylindre réalisé par enroulement filamentaire. Pour éviter la dispersion sur les mesures, les éprouvettes sont extraites de la même structure composite, plaque dans le premier cas, tube dans le second cas.
2.1 Composite unidirectionnel
Le matériau composite testé est un unidirectionnel verre/époxy servant à fabriquer des ressorts à lames de véhicules. La fraction volumique de fibres est de 63 % et la masse volumique du matériau est de 2 020 kg/m3. Ce matériau se présente sous forme de plaques de 10 mm d’épaisseur.
HAUT DE PAGE2.1.1 Problématique et choix des éprouvettes
L’objectif est de caractériser ce matériau, en raideur et en amortissement (soit cinq modules complexes à déterminer) en basses fréquences (environ 100 Hz) et hautes fréquences (environ 1 MHz) de manière à connaître les comportements limites, ceci à partir d’un nombre minimum d’éprouvettes taillées dans la même plaque composite. Le choix des éprouvettes est le suivant :
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une éprouvette sous forme de plaque (type I, figure ...
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Exemple de caractérisation des matériaux composites
BIBLIOGRAPHIE
-
(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).
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(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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