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Loi de comportement des Matériaux composites, tutoriel simulation numérique de la fissuration des composites par fatigue en pdf. Généralités sur les matériaux composites Notions fondamentales sur les matériaux composites Définition: On définit un matériau composite comme étant un assemblage intime de deux ou plusieurs corps non miscibles de natures différentes se complétant et permettant d'aboutir à un matériau hétérogène dont les performances sont supérieures à celles de ses composants pris séparément. Caractéristiques générales Un matériau composite est constitué d'une phase continue appelée matrice (liant) et d'une ou plusieurs phases discontinues appelées renfort ou fibre, généralement plus dure et confie au matériau des propriétés mécaniques élevées. Dans le cas de plusieurs phases discontinues le composite est appelé hybride. En plus de ces deux constituants de base, il faut ajouter une interface qui assure la compatibilité renfort-matrice et transmet les contraintes de l'un à autre.

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Généralité sur les matériaux composites Historique des matériaux composites Les matériaux composites ont été connus dans tous les âges, les vendeurs d'Owens Corning Fiberglass Company ont commencé à vendre la fibre de verre aux ayants droit dans les Etats-Unis. La fibre de verre avait été faite, presque par accident en 1930, quand un ingénieur est devenu intrigué par une fibre qui a été formée pendant le processus d'application du lettrage à une bouteille à lait en verre. Les vendeurs de fibre de verre se sont rendus compte que l'industrie aéronautique était, en particulier, un client probable pour ce nouveau type de matériel parce que les nombreuses petites et vigoureuses compagnies aériennes ont semblé créer de nouvelles conceptions d'avion et concepts innovateurs en fabriquant presque quotidiennement avec plusieurs de ces innovations exigeant de nouveaux matériaux. D'autres applications pour l'avion ont aussitôt suivi. Plusieurs outils (des gabarits et des montages) pour former et tenir des sections et des ensembles d'avion, nécessaires pour être forts, légères, avec des formes courbées (compliquées).

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Des produits chimiques entrent dans la composition mais n'interviennent pas dans le calcul des structures composites [1]. Les propriétés des matériaux composites résultent des: – Propriétés des matériaux constituants, – De leur distribution géométrique, – De leur interaction. Ainsi pour procéder à la description du matériau composite il est nécessaire de spécifier: – La nature des constituants et leurs propriétés, – La géométrie du renfort et sa distribution – La nature de l'interface renfort-matrice. Classification des matériaux composites Les matériaux composites sont classés suivant la forme ou la nature de leurs constituants on distingue: Classification selon la forme des constituants: En fonction de la forme des constituants, on distingue deux grandes classes: Composites à fibres: Se sont des composites dont le renfort se trouve sous forme de fibres continues ou discontinues. Leur orientation affecte considérablement les propriétés mécaniques du matériau. Composites à particules: On appelle composite à particule, le matériau dont le renfort se trouve sous forme de particules.

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Étonnamment, il n'y a pas eu d'études sur l'effet de mémoire de forme dans les composites fabriqués par pultrusion, le procédé de fabrication de composites le plus efficace disponible. Il s'agit d'une technologie rapide, polyvalente et à faibles déchets qui pourrait potentiellement créer de nouveaux types de composants structurels à mémoire de forme avec des combinaisons uniques de géométries et de propriétés mécaniques qui ne peuvent pas être produites par d'autres méthodes. « Dans cette étude, nous avons examiné le comportement à mémoire de forme et les propriétés mécaniques des stratifiés plats pultrudés à base d'époxy renforcés par des fibres de verre unidirectionnelles. L'analyse comprenait également la cinétique de durcissement de la résine et les propriétés thermomécaniques et thermophysiques de la résine durcie », commente le PI, Alexander Safonov du Skoltech Center for Design, Manufacturing and Materials. « Nos résultats peuvent être utilisés pour d'autres simulations numériques et l'optimisation du processus de pultrusion.

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Essai de mémoire de forme sur des échantillons de résine durcie et de composite pultrudé: (a) Échantillon déformé de résine durcie dans l'appareil d'essai après chauffage; (b) des échantillons de résine durcie après fixation de la forme; (c) des échantillons de résine durcie après récupération de forme; (d) échantillon déformé du matériau composite pultrudé dans le dispositif d'essai après chauffage; (e) la géométrie de l'échantillon composite pultrudé après fixation de la forme par rapport à la géométrie du dispositif de test; et (f) échantillon composite pultrudé après récupération de forme. Source: Roman Korotkov et al. / Composites Partie A: Sciences appliquées et fabrication Les chercheurs de Skoltech ont étudié un type prometteur de matériau composite en termes de comportement à mémoire de forme – comment ils retrouvent leur forme d'origine après déformation lorsqu'ils sont exposés à la bonne température ou à d'autres conditions. Les matériaux examinés étaient des stratifiés plats à base d'époxyde renforcés de fibres de verre fabriqués à l'aide d'une technique appelée pultrusion.

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Les métaux disponibles n'ont pas pu facilement être réalisés avec ces critères et ainsi l'outillage phénolique renforcé par fibre de verre est devenu le matériau préféré pour ces applications de fabrication d'avion. Le pas du développement des composites, déjà rapide, a été accéléré pendant la deuxième guerre mondiale dans le développement des avions, en conséquence, des composites plus largement répandus dans l'outillage, mais l'utilisation des composites pour les pièces structurales et semi structurales était exploré et puis adopté. Environ cette période (1942), le gouvernement des Etats-Unis est devenu intéressé que les approvisionnements en métaux pour l'avion ne peuvent pas être disponibles et ainsi ils ont instruit les ingénieurs à la base aérienne de Wright Patterson à inspecter tous les fabricants des pièces composites aux Etats-Unis et essayer de déterminer les meilleures conceptions de la fabrication des composites. Certaines des applications orientées par la guerre ont été dirigées directement aux applications commerciales telles que les bateaux de polyester renforcés par les fibres de verre.

Chaque matériau présentant les propriétés de mémoire de forme fera l'objet d'une étude de ses comportements moléculaires qui explique pourquoi le matériau est capable de reprendre sa forme initiale après avoir été déformé. ] Les autres matières Malgré les recherches effectuées, aucune autre catégorie de matériaux n'a présenté de caractéristique de mémoire de forme. Il serait pourtant possible d'imaginer des céramiques à mémoire de forme ou bien du verre ou des matériaux naturels tels que les minéraux. Il est vrai que leurs applications ne sont pas directes mais pourquoi ne pas imaginer une vitre en verre qui s'orienterait différemment en fonction de l'orientation des rayons du soleil afin d'éviter ceux-ci de pénétrer dans la pièce ou au contraire de profiter au maximum de la luminosité dans une maison. ]

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