Etude comparative du comportement composites à matrice thermoplastique ou thermodurcissable

This PhD thesis consists in a comparative study of the thermomechanical properties of woven plies composites with a thermoplastic (PEEK or PPS) or a thermosetting (epoxy) matrix. A literature review allowed the comparison between the behaviors of these laminates depending on the matrix nature, the stress state and the environmental conditions. An experimental study led to a database of the three materials for different mechanical loads (monotonic and structural tests) under specific environmental conditions (temperature and wet ageing). Bolted joints tests (single bolt single lap and double lap) have also been performed. A digital pictures correlation technique permitted to study the behavior of circular notched laminates. At last, a model of orthotropic elastoplastic behavior for woven plies laminates with a thermoplastic matrix has been implemented in the F.E. code cast3m and has been validated for different temperatures.Cette thèse consiste en une étude comparative des propriétés thermomécaniques de composites tissés à matrice thermoplastique (PEEK ou PPS) et thermodurcissable (époxy). Une analyse bibliographique a permis la comparaison les comportements des ces stratifies en fonction de la nature de la matrice, de la sollicitation et des conditions environnementales. Une étude expérimentale a conduit à une base de données des trois matériaux sous diverses sollicitations mécaniques (essais monotones élémentaires et structures) et différentes conditions environnementales (température et V.H.). Des essais sur assemblages boulonnes (simple et double recouvrement) ont également été réalisés. Une technique de mesure de champ par corrélation d’images numériques a permis d'étudier le comportement de stratifies troues. Enfin, un modèle de comportement élastoplastique orthotrope de stratifies tisses a matrice thermoplastique a été implémenté dans le code E.F. cast3m et valide pour différentes températures

Comparative study of the behavior of thermoplastic or thermoset matrix comosites

Cette thèse consiste en une étude comparative des propriétés thermomécaniques de composites tissés à matrice thermoplastique (PEEK ou PPS) et thermodurcissable (époxy). Une analyse bibliographique a permis la comparaison les comportements des ces stratifies en fonction de la nature de la matrice, de la sollicitation et des conditions environnementales. Une étude expérimentale a conduit à une base de données des trois matériaux sous diverses sollicitations mécaniques (essais monotones élémentaires et structures) et différentes conditions environnementales (température et V.H.). Des essais sur assemblages boulonnes (simple et double recouvrement) ont également été réalisés. Une technique de mesure de champ par corrélation d’images numériques a permis d'étudier le comportement de stratifies troues. Enfin, un modèle de comportement élastoplastique orthotrope de stratifies tisses a matrice thermoplastique a été implémenté dans le code E.F. cast3m et valide pour différentes températures.This PhD thesis consists in a comparative study of the thermomechanical properties of woven plies composites with a thermoplastic (PEEK or PPS) or a thermosetting (epoxy) matrix. A literature review allowed the comparison between the behaviors of these laminates depending on the matrix nature, the stress state and the environmental conditions. An experimental study led to a database of the three materials for different mechanical loads (monotonic and structural tests) under specific environmental conditions (temperature and wet ageing). Bolted joints tests (single bolt single lap and double lap) have also been performed. A digital pictures correlation technique permitted to study the behavior of circular notched laminates. At last, a model of orthotropic elastoplastic behavior for woven plies laminates with a thermoplastic matrix has been implemented in the F.E. code cast3m and has been validated for different temperatures

Etude comparative du comportement composites à matrice thermoplastique ou thermodurcissable

This PhD thesis consists in a comparative study of the thermomechanical properties of woven plies composites with a thermoplastic (PEEK or PPS) or a thermosetting (epoxy) matrix. A literature review allowed the comparison between the behaviors of these laminates depending on the matrix nature, the stress state and the environmental conditions. An experimental study led to a database of the three materials for different mechanical loads (monotonic and structural tests) under specific environmental conditions (temperature and wet ageing). Bolted joints tests (single bolt single lap and double lap) have also been performed. A digital pictures correlation technique permitted to study the behavior of circular notched laminates. At last, a model of orthotropic elastoplastic behavior for woven plies laminates with a thermoplastic matrix has been implemented in the F.E. code cast3m and has been validated for different temperatures.Cette thèse consiste en une étude comparative des propriétés thermomécaniques de composites tissés à matrice thermoplastique (PEEK ou PPS) et thermodurcissable (époxy). Une analyse bibliographique a permis la comparaison les comportements des ces stratifies en fonction de la nature de la matrice, de la sollicitation et des conditions environnementales. Une étude expérimentale a conduit à une base de données des trois matériaux sous diverses sollicitations mécaniques (essais monotones élémentaires et structures) et différentes conditions environnementales (température et V.H.). Des essais sur assemblages boulonnes (simple et double recouvrement) ont également été réalisés. Une technique de mesure de champ par corrélation d’images numériques a permis d'étudier le comportement de stratifies troues. Enfin, un modèle de comportement élastoplastique orthotrope de stratifies tisses a matrice thermoplastique a été implémenté dans le code E.F. cast3m et valide pour différentes températures

Carbon fiber fabric reinforced PPS laminates: Influence of temperature on mechanical properties and behavior

International audienceThis paper is aimed at investigating the influence of temperature on mechanical properties and behavior of carbon fiber fabric reinforced polyphenylenesulfide (PPS) laminates subjected to different loadings: tensile, open hole tensile, in‐plane shear, compressive, flexural, interlaminar shear, single‐bolt double lap joint, and single‐bolt single lap joint tests. The resulting experimental database is of the utmost importance for generating design allowables for structures integrating such thermoplastic‐based composites. Depending on the test and the laminate's staking sequence, a temperature increase higher than the glass transition temperature (Tg = 98°C of fiber fabric reinforced PPS laminates softens the matrix behavior and significantly degrades the quality of the adhesion at the fiber/matrix interface, resulting in reduced mechanical properties (in‐plane shear, compressive, flexural and interlaminar shear). However, it does not seem to be detrimental for the tensile and the double lap joint's properties in quasi‐isotropic laminates. In angle‐ply laminates, the ductile behavior of the PPS matrix is exacerbated at high temperature resulting in larger plastic deformations and a lesser hole sensitivity of this material. © 2011 Wiley Periodicals, Inc. Adv Polym Techn 30: 80–95, 2011; View this article online at wileyonlinelibrary.com

Overstress accommodation in notched woven-ply thermoplastic laminates at high-temperature: Numerical modeling and validation by Digital Image Correlation

International audienceAn experimental and numerical study has been conducted on woven-ply PPS-based laminates subjected to static loadings at temperatures higher than the material’s Tg. The fiber – or matrix-dominated mechanical responses of laminates with respectively quasi-isotropic or angle-ply stacking sequences have been investigated in order to emphasize the significant contribution of TP-matrix to the accommodation of overstresses near the hole as temperature increases. Even though the matrix behavior becomes highly ductile, the degree of retention of mechanical properties is quite high, and the hole factor is virtually unchanged as temperature increases in Q-I laminates. In order to understand how matrix ductility is instrumental in reducing the notch-sensitivity (−34%) of A-P laminates, a temperature-dependent and rate-independent plasticity model has been implemented into a finite element code, and validated by a Digital Image Correlation technique. The proposed model shows that the enhanced ductility of C/PPS at T > Tg significantly contributes to the accommodation of overstresses in notched laminates through an extensive plastic deformation along the ±45° fibers, resulting in a clipping of the overstrain peak. When it comes to design TP-based laminates at temperatures around or higher than Tg, the elastic–plastic numerical tool presented in this work can be useful for stress engineers willing to predict the effect of ductility on overstresses accommodation, and to calculate the decrease in notched laminates strength

Woven ply thermoplastic laminates under severe conditions: Notched laminates and bolted joints

International audienceThis work is aimed at investigating the influence of environmental conditions on the mechanical behavior of carbon fiber fabric reinforced PPS laminates. Changes in the strength and in the failure mechanisms of notched laminates and bolted joints were investigated for different environmental conditions: room temperature/dry – 120 °C/hygrothermally aged. These conditions help enhance the ductile behavior of the PPS matrix but degrade the fiber/matrix interface. However, the degree of retention of mechanical properties is quite high for a quasi-isotropic lay-up and hole sensitivity is slightly decreased by environmental conditions. For bolted joint tests, severe conditions increase the strength of double-lap joints (+11%) but are detrimental to the strength of single-lap joints (−26%)

Comportement élasto-plastique orthotrope de stratifiés tissés carbone/PPS à haute température = Orthotropic elasto-plastic behavior of carbon fabrics reinforced PPS laminates at high temperature

National audienceUne étude expérimentale et numérique du comportement en température de stratifiés à matrice thermoplastique PolyPhenyleSulfide (PPS) renforcée par un tissu de fibres de carbone a été réalisée sur des séquences d'empilement [45]7 et [0/45/0/45/0/45/0]. Dans le but d'examiner l'influence de la température sur le comportement mécanique de ce matériau, différents essais mécaniques ont été effectués à deux niveaux de température (température ambiante et température de transition vitreuse Tg=120°C du composite à matrice PPS) : traction sur stratifiés lisses et troués, cisaillement interlaminaire. Afin de mieux cerner les mécanismes de redistribution des contraintes s'opérant autour des trous dans ces matériaux composites à haute température, un modèle de plasticité anisotrope à un paramètre a été implémenté dans le code éléments finis Cast3m. La formulation de ce modèle phénoménologique est basée sur la thermodynamique des processus irréversibles avec variables internes et les lois constitutives du modèle dérivent d'un pseudopotentiel de dissipation plastique anisotrope. D'une part, les résultats expérimentaux permettent de valider le modèle numérique. D'autre part, ce modèle très simple fournit des informations quant à l'accommodation des contraintes dans les stratifiés troués avec des séquences d'empilement dont la réponse mécanique est dominée par le comportement plus ou moins viscoplastique de la résine PPS

Comparative study on the behavior of woven-ply reinforced thermoplastic or thermosetting laminates under severe environmental conditions

International audienceThis work aims at determining whether thermoplastic-based composites can be used in secondary aircraft structures to replace thermosetting-based composites or not. In order to answer this question, the mechanical behaviors of carbon fiber fabric reinforced thermoplastic (PPS or PEEK) and thermosetting (epoxy) laminates subjected to different stress states under severe environmental conditions (120 °C after hygrothermal aging) have been compared. In addition to usual mechanical tests (tensile, open hole tensile), single-bolt double lap joint and single-bolt single lap joint tests were also performed. Severe conditions help enhance the ductile behavior of the epoxy matrix, but degrade the fiber/matrix interface, resulting in lower stiffness and strength of laminates with a quasi-isotropic lay-up. In thermoplastic-based laminates, the degree of retention of mechanical properties is quite high even for PPS-based laminates when T > Tg. In laminates with a [45]7 lay-up, severe conditions adversely affect the mechanical properties of the three composite systems. However, the combination of matrix ductile behavior, and the strain gradient near the hole, lead to an extensive plastic deformation along the ±45° oriented fibers bundles in notched A-P laminates. It results in decreasing significantly the hole-sensitivity of C/PPS and C/Epoxy under severe conditions. In bolted joints, a severe environment has a limited impact on the bearing strength of epoxy-based laminates. In the case of thermoplastic-based laminates, it increases the strength of double lap joints, but is detrimental to the strength of single lap joints

Etude comparative de l’influence du vieillissement humide et de la température sur le comportement de stratifiés tissés carbone à matrice thermodurcissable ou à matrice thermoplastique

En aéronautique, les éléments structuraux sont généralement assemblés par des joints boulonnés ou rivetés. Cette étude vise à comparer l’influence du vieillissement humide et de la température sur le comportement mécanique de stratifiés tissés carbone à matrice thermodurcissable (époxy) ou à matrice thermoplastique hautes performances (PPS). On s’intéressera en particulier à la réponse d’assemblages boulonnés dans des configurations de simple et de double recouvrement (enture et matage)

Etude comparative du comportement composites à matrice thermoplastique ou thermodurcissable

Cette thèse consiste en une étude comparative des propriétés thermomécaniques de composites tissés à matrice thermoplastique (PEEK ou PPS) et thermodurcissable (époxy). Une analyse bibliographique a permis la comparaison les comportements des ces stratifies en fonction de la nature de la matrice, de la sollicitation et des conditions environnementales. Une étude expérimentale a conduit à une base de données des trois matériaux sous diverses sollicitations mécaniques (essais monotones élémentaires et structures) et différentes conditions environnementales (température et V.H.). Des essais sur assemblages boulonnes (simple et double recouvrement) ont également été réalisés. Une technique de mesure de champ par corrélation d images numériques a permis d'étudier le comportement de stratifies troues. Enfin, un modèle de comportement élastoplastique orthotrope de stratifies tisses a matrice thermoplastique a été implémenté dans le code E.F. cast3m et valide pour différentes températures.This PhD thesis consists in a comparative study of the thermomechanical properties of woven plies composites with a thermoplastic (PEEK or PPS) or a thermosetting (epoxy) matrix. A literature review allowed the comparison between the behaviors of these laminates depending on the matrix nature, the stress state and the environmental conditions. An experimental study led to a database of the three materials for different mechanical loads (monotonic and structural tests) under specific environmental conditions (temperature and wet ageing). Bolted joints tests (single bolt single lap and double lap) have also been performed. A digital pictures correlation technique permitted to study the behavior of circular notched laminates. At last, a model of orthotropic elastoplastic behavior for woven plies laminates with a thermoplastic matrix has been implemented in the F.E. code cast3m and has been validated for different temperatures.ROUEN-INSA Madrillet (765752301) / SudocSudocFranceF