Présentation

Article

1 - MÉCANISMES DE DÉGRADATION EN FATIGUE

2 - PRÉDICTION DE DURÉE DE VIE EN FATIGUE. NOTION DE COURBE D’ENDURANCE

3 - FATIGUE EN TRACTION

4 - FATIGUE EN COMPRESSION

5 - FATIGUE EN FLEXION

6 - FATIGUE APRÈS IMPACT

7 - INFLUENCE DE L'ENVIRONNEMENT SUR LA DURÉE DE VIE EN FATIGUE

8 - DIMENSIONNEMENT EN FATIGUE DES STRUCTURES COMPOSITES

9 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : AM5410 v1

Influence de l'environnement sur la durée de vie en fatigue
Fatigue des matériaux composites renforcés de fibres continues

Auteur(s) : Jacques RENARD

Date de publication : 10 juil. 2010

Pour explorer cet article
Télécharger l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !

Sommaire

Présentation

RÉSUMÉ

Tous les domaines industriels recherchent dans les matériaux composites des caractéristiques spécifiques (absorption optimale des chocs, propriétés mécaniques élevées, bonne tenue sur le long terme…). Mais plus récemment, un critère est devenu incontournable dans les exigences : le dimensionnement à la fatigue. En effet, les matériaux composites sont aujourd'hui utilisés dans des structures très sollicitées. Pour mettre en œuvre un matériau qui réponde au mieux à l'application envisagée tout en améliorant la résistance à la fatigue, il est nécessaire de bien comprendre les mécanismes de dégradation en fatigue, et de savoir comment prendre en compte au mieux les différents facteurs dont dépend la fatigue des matériaux composites (la nature des fibres et des résines, du drapage, de la qualité des interfaces...).

Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.

Lire l’article

ABSTRACT

Each industrial sector looks for specific characteristics in composite materials (optimal absorption of chocs, high mechanical properties, good performance on the long term, etc.). Recently however, one criteria has become paramount in the requirements: the fatigue dimensioning. Indeed, composite materials are currently used in structures which are subjected to extreme stress. In order to produce a material adapted at best to the envisaged application whilst improving resistance to stress, it is essential to gain a sound understanding of the mechanisms of degradation due to fatigue and to take into account at best the various factors which cause the fatigue of composite materials (the nature of fibers and resins, draping, quality of the interfaces etc.).

Auteur(s)

  • Jacques RENARD : Directeur de Recherche - Comportement mécanique des composites et des assemblages - Mines ParisTech, Centre des Matériaux UMR CNRS 7633

INTRODUCTION

La pénétration des matériaux composites dans de nombreux secteurs industriels, tels que ceux du transport, nécessite une confiance accrue envers ces matériaux, portée par des méthodes de dimensionnement fiables.

Le choix des matériaux résulte alors d’une optimisation multicritère. Parmi ces critères et selon les applications, citons sans être exhaustif les propriétés mécaniques, certaines propriétés fonctionnelles (optiques, électromagnétiques...), une légèreté structurale pour répondre à des exigences environnementales, des contraintes de coûts... C’est ainsi que l’on recherche des propriétés mécaniques élevées dans le domaine aéronautique, des capacités d’absorption aux chocs dans le domaine automobile, une bonne tenue mécanique sur le long terme dans le domaine naval.

À tous ces critères est venue s’ajouter, depuis plusieurs années et de manière cruciale, une exigence de dimensionnement à la fatigue. La raison en est que les matériaux composites ne sont plus confinés à des parties dites secondaires, c'est-à-dire ne reprenant que peu d’efforts, mais à des structures primaires largement sollicitées, pour lesquelles une sécurité accrue est exigée.

La conséquence immédiate est une augmentation des épaisseurs des stratifications qui n’est pas sans soulever de nouvelles questions. En effet les structures stratifiées développent dans leur épaisseur des contraintes interlaminaires susceptibles d’engendrer des décollements entre plis appelés délaminages, très préjudiciables pour la tenue mécanique. Là où certains phénomènes de fatigue pouvaient être évités, ils peuvent devenir incontournables.

Peut-on toujours parler d’une résistance exceptionnelle à la fatigue, d’un rapport élevé entre la limite d’endurance et la résistance en traction et du peu de sensibilité à l’effet d’entaille par comparaison à des alliages d’aluminium lors de sollicitations cycliques ?

Pour répondre à ces questions, il faut d’abord comprendre les mécanismes de dégradation en fatigue. Concevoir des structures porteuses en matériaux composites nécessite des outils de dimensionnement et de prédiction de durée de vie fiables. Les principaux modèles de comportement et de rupture sous différentes sollicitations cycliques sont revus et les tendances les plus récentes du dimensionnement à la fatigue sont étudiées.

Notons que le cas des polymères renforcés par des fibres coupées n’est pas abordé ici.

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 95% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-am5410


Cet article fait partie de l’offre

Plastiques et composites

(395 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

7. Influence de l'environnement sur la durée de vie en fatigue

Les matrices organiques étant sensibles à l'eau, les conditions environnementales (humidité, température) couplées aux sollicitations mécaniques peuvent engendrer des dégradations irréversibles susceptibles de fortement affecter la tenue mécanique des pièces composites en service. Il est par conséquent impératif de connaître l'évolution des propriétés des matériaux utilisés en cours du vieillissement, afin de prévoir leur durée de vie ou leur résistance au-delà d'un temps donné. L'influence du vieillissement sur le comportement du matériau se manifeste par un abaissement de la température de transition vitreuse Tg de la matrice et une baisse des caractéristiques mécaniques (module de cisaillement, module transverse, caractéristiques à la rupture...) ...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 93% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Plastiques et composites

(395 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Lecture en cours
Influence de l'environnement sur la durée de vie en fatigue
Sommaire
Sommaire

BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - COFFIN (L.F.) -   A Study of the effects of Cyclic Thermal Stresses on a Ductile Metal  -  Transaction of the ASME 76, pp. 931-950 (1954).

  • (2) - ROUCHON (M.), LIBERGE (M.) -   Endommagement des matériaux composites carbone-époxy  -  Rapport CEAT, n° 5213 (1986).

  • (3) - REIFSNIDER (K.) -   Some fundamental aspects of fatigue and fracture response of composite materials  -  Proceedings du 14e meeting de la Society of Engineering Science, Lehigh University, p. 373-384 (November 1978).

  • (4) - HIGHSMITH (A.), REIFSNIDER (K.) -   Stiffness reduction mechanism in composite laminates  -  Damage in Composite materials, ASTM STP 775, p. 103-117 (1982).

  • (5) - GARRET (K.), BAILEY (J.) -   Multiple transverse fracture in 90° cross-ply laminates of a glass fiber-reinforced polyester  -  Journal of Materials Science, vol. 12, p. 157-168 (1977).

  • (6) - CHAREWICZ...

1 Outils logiciels

Les codes commerciaux de calcul par éléments finis (ABAQUS, ANSYS...) ne font pas de calcul à la fatigue mais procèdent à des calculs pour un nombre de cycles donné. Les caractéristiques matériaux correspondent alors aux propriétés résiduelles pour le nombre de cycles concernés. La question reste alors de savoir pour quels cycles il est judicieux de faire ces calculs. La réponse est apportée en travaillant sur des techniques de sauts de cycles mentionnées en [AM 5 410] § 8.2.

HAUT DE PAGE

2 Événements

ICFC5, Fifth International Conference on Fatigue of Composites 16-19, octobre 2010 Nanjing, Chine.

HAUT DE PAGE

3 Annuaire

Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)SF2M, Société Française de Métallurgie et de Matériaux. Commission fatigue http://www.sf2m.asso.fr

HAUT DE PAGE

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 94% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Plastiques et composites

(395 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS