Étude exploratoire sur le comportement en fatigue d’un composite à renfort tissé

Résumé

L’utilisation grandissante des matériaux composites dans l’industrie aéronautique amène plusieurs défis. Par exemple, le comportement en fatigue des composites exposés aux conditions environnementales expérimentées par un aéronef est encore mal compris. Ce travail s’insère dans un vaste projet de recherche CRIAQ sur le seuil de propagation du délaminage dans un stratifié composé de fibres de carbone tissées à armure toile (plain weave) et d’une matrice époxy thermodurcissable incluant un défaut interne. Plus spécifiquement, le présent travail comporte quatre objectifs, soit : la conception, fabrication et validation des montages de tension-compression et de flexion complètement renversée, déterminer les protocoles de tests, quantifier l’effet d’une haute température sur la durée de vie en fatigue sur les éprouvettes chargées en tension-tension et quantifier à température ambiante la durée de vie en fatigue des éprouvettes chargées en flexion complètement renversée. Des tests de tension quasi-statique et de fatigue en tension-tension ont été effectués à haute température. Les résultats en tension quasi-statique indiquent une légère diminution de la résistance du composite à haute température. De plus, la rupture des éprouvettes ne passe pas nécessairement par le défaut interne. Le critère de défaillance en fatigue tension-tension a été établi, correspondant au moment où le défaut interne commence à se propager. Il a été établi que le défaut commence à se propager lorsqu’il y a une augmentation de déformation de 5% après la déformation initiale de l’éprouvette. Une diminution de la durée de vie en fatigue a été observée à haute température pour les essais en tension-tension pour une même contrainte appliquée par rapport à la température ambiante. Une équation a été développée permettant d’interpoler la durée de vie d’une éprouvette pour une température entre la température ambiante et la haute température. Lors des tests préliminaires, un désalignement de la machine MTS entrainant un flambement de l’éprouvette n’a pas permis la validation du montage tension-compression. Le montage de flexion complètement renversée fonctionne comme prévu, mais des modifications ont été nécessaires pour réduire le temps d’installation des éprouvettes. Les tests de flexion quasi-statique et de flexion complètement renversée se sont déroulés à température ambiante. En flexion quasi-statique, les éprouvettes ont toutes brisé au niveau du rouleau de chargement. Des observations microscopiques en surface permettent de supposer que les fissures suivent le motif du tissu. En fatigue, la fréquence cible n’a pu être atteinte à cause de la flexibilité des éprouvettes et des équipements disponibles. Une fréquence plus faible a donc été utilisée pour compléter les essais de fatigue. Le critère de défaillance n’a pas été défini, car le défaut artificiel ne s’est pas propagé. Une zone d’endommagement plus grosse que la surface de contact des rouleaux, sous forme de délamination des premiers plis, a été observée. À 55% de la charge maximale à la rupture, une fissure en surface et des bris de fibres à l’intérieur de la fissure ont été constatés. Ces observations suggèrent que l’endommagement près de la surface n’a pas comme seul facteur la pression des rouleaux de chargement.

Date	12 févr. 2015
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Anh Dung Ngô (Directeur(-trice)) & Martine Dubé (Codirecteur(-trice))