Multi-scale statistical approach of the elastic and thermal behavior of a thermoplastic polyamid glass fiber composite

International audienceThe strong heterogeneity and the anisotropy of composite materials require a rigorous and precise analysis as a result of their impact on local properties. First, mechanical tests are performed to determine the macroscopical behavior of a polyamid glass fiber composite. Then we focus on the influence of the heterogeneities of the microstructure on thermal and mechanical properties from finite element calculations on the real microstructure, after plane strain assumptions. 100 images in 10 different sizes (50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 600 pixels) are analysed. The influence of the area fraction and the spatial arrangement of fibers is then established. For the thermal conductivity and the bulk modulus the fiber area fraction is the most important factor. These properties are improved by increasing the area fraction. On the other hand, for the shear modulus, the fibers spatial arrangement plays the paramount role if the size of the microstructure is smaller than the RVE. Therefore, to make a good prediction from a multi-scale approach the knowledge of the RVE is fundamental. By a statistical approach and a numerical homogenization method, we determine the RVE of the composite for the elastic behavior (shear and bulk moduli), the thermal behavior (thermal conductivity), and for the area fraction. There is a relatively good agreement between the effective properties of this RVE and the experimental macroscopical behavior. These effective properties are estimated by the Hashin-Shtrikman lower bound

Characterisation and modelling of aging of composites

International audienceThe aim of this study was to better understand the aging of glass fibre-epoxy composites exposed to humid conditions and loading so as to predict its effects on the lifetimes of composite structures. Water diffusion in the material was initially determined by gravimetric methods under different conditions of relative humidity (r.h.) conditions. A fickian model of diffusion could describe the results obtained. The specimens, saturated at different levels, were mechanically characterised and tensile strengths and shear moduli were seen to decrease with water uptake. The effects of matrix cracking of the laminate on water absorption and its mechanical properties have also been studied. Differences between reversible and irreversible changes in properties were revealed and analysed in detail. A predictive model has been proposed by considering different sections throughout the thickness of the material. As a first step in modelling the diffusion process, the non-uniform water distribution across the composite for any conditions (temperature, humidity, aging time) are determined. The resulting mechanical properties of the material, as a function of the absorbed water concentration, are determined in each point. The model which is proposed enables the global behaviour of composite to be determined, at all stages of water absorption and matrix cracking, by calculating behaviour in each section of the composite through its thickness

Comportement en fatigue de structures épaisses en matériaux composites = Fatigue behaviour of thick composite structures

National audienceCe travail traite de l'étude et la modélisation de l'endommagement par fissuration intra-laminaire dans les structures épaisses en matériaux composites sous chargements statiques et cycliques. La fissuration intra-laminaire est généralement le premier type de défaut rencontré au niveau macroscopique dans les composites stratifiés. Bien qu'elle ne soit pas catastrophique pour l'intégrité de la structure, la fissuration peut être à l'origine d'autres types de défauts beaucoup plus néfastes. Des essais de traction quasi-statiques et cycliques nous ont permis de mettre en évidence les caractéristiques de l'endommagement, notamment la fissuration intra-laminaire ainsi que les chutes de rigidité dues à l'apparition des fissures. La modélisation proposée est basée sur la Mécanique de l'Endommagement. Elle permet de décrire l'évolution de la fissuration ainsi que les chutes de rigidité associées. Le comportement du pli est supposé élastique endommageable. La loi d'évolution est écrite à l'aide de variables locales ce qui la rend totalement indépendante de la géométrie de la structure et du chargement extérieur. Le modèle écrit et identifié dans le cas d'éprouvettes droites est ensuite appliqué et validé sur une plaque trouée

Le bore dans les glaçures des céramiques post-palisséennes

Le bore a été utilisé essentiellement à partir de la fin du xviiie siècle dans la formulation des verres et glaçures. Toutefois, sa présence en très faibles quantités dans certaines glaçures post-Renaissance, donc dès le xviie siècle, nous a incités à évoquer l’histoire de cet élément dans les matériaux vitreux. Nous tenterons de comprendre l’origine du bore dans ces glaçures et discuterons son impact sur les questions de datation et d’authentification des productions post-palisséennes.Boron was mainly used in the production of glass and glazes from the late 18th century onwards. However, its presence in very tiny quantities in certain post-Renaissance glazes, thus from the 17th century onwards, has prompted us to recall the history of this element in vitreous materials. We shall attempt to explain the origins of boron in these glazes and discuss its impact on the dating and authentication of post-Palissian production

Niculoso Pisano ceramics and quantitative analysis of glazes by portable XRF

En este trabajo se aborda la caracterización química y mineralógica de dos piezas cerámicas esmaltadas atribuidas a Niculoso Pisano. Se han estudiado la mineralogía y composición química de las pastas cerámicas, así como la caracterización química-mineralógica y microestructural de los pigmentos utilizados en la decoración de los esmaltes. El análisis de las composiciones y de su variabilidad pretende contribuir a mejorar el conocimiento científico de los materiales y técnicas utilizadas por este artista, así como a dilucidar posibles indicadores de la cronología de su producción cerámica. Con el objeto de establecer un procedimiento que permita la caracterización cuantitativa por métodos no destructivos de obras cuyo análisis por técnicas convencionales no es posible, se han determinado las concentraciones de los elementos químicos de los distintos colores de los vidriados utilizando un equipo portátil de fluorescencia de rayos X (FRXP) y los resultados se comparan con los obtenidos en los mismos objetos por µ -FRX de laboratorio. Combinando FRXP y espectrometría Raman portátiles, se consigue información sobre las obras equivalente a la conseguida con equipos de laboratorioChemical and mineralogical analysis has been performed on two ceramics covered with coloured glazes and attributed to Niculoso Pisano. We have determined the mineralogical and chemical compositions of the bodies as well as of the different glazes, including microstructural observations of the glaze colors used in the decoration. Such ceramic composition study aims at improving the knowledge of the materials and techniques used by this artist, as well as to clarify the possible existence of various steps in the chronology of his production. In order to check for a method to achieve quantitative non-destructive characterization for art-works that cannot be moved to a laboratory, we have determined the concentrations of the elements in the different glaze colours using a portable X-ray fluorescence (PXRF) and we have compared the values to those obtained with a commercial μ-XRF at the same places on the objects. Complementing PXFR with portable Raman spectrometry provides valuable information on ceramics similar to laboratory equipment

Développement d’un appareil portable de diffraction et fluorescence des rayons X pour l’analyse non-destructive des œuvres d’art

Au début des années 2000, l’impulsion de contrats européens a entraîné le C2RMF dans la conception et la construction d’un appareil portable de fluorescence et diffraction des rayons X (FRX-DRX). Les choix techniques concernant la source et les détecteurs ont conduit à un appareil robuste, qui a été utilisé dans de nombreux pays d’Europe, à la source d’une trentaine de publications dans des revues scientifiques.In the early 2000s, the stimulus of European contracts led the C2RMF teams to design and build a portable X-ray diffraction/X-ray fluorescence (XRD/XRF) device. The technical choices made concerning the source and detectors resulted in a robust device, which has been used in several European countries and produced about thirty or so articles published in scientific journals

Ceramics by Niculoso Pisano and quantitative analysis of glazes using portable XRF

En este trabajo se aborda la caracterización química y mineralógica de dos piezas cerámicas esmaltadas atribuidas a Niculoso Pisano. Se han estudiado tanto la mineralogía y composición química de las pastas cerámicas, como la caracterización química-mineralógica y microestructural de los pigmentos utilizados en la decoración de los esmaltes. El análisis de las composiciones y de su variabilidad pretende contribuir a mejorar el conocimiento científico de los materiales y técnicas utilizados por este artista, así como a dilucidar posibles indicadores de la cronología de su producción cerámica. Con el objeto de establecer un procedimiento que permita la caracterización cuantitativa por métodos no destructivos de obras cuyo análisis por técnicas convencionales no es posible, se han determinado las concentraciones de los elementos químicos de los distintos colores de los vidriados utilizando un equipo portátil de fluorescencia de rayos X (FRXP), y los resultados se comparan con los obtenidos en los mismos objetos por µ-FRX de laboratorio. Combinando FRXP y espectrometría Raman portátiles se consigue información sobre las obras equivalente a la conseguida con equipos de laboratorio

Cerámicas de Niculoso Pisano y análisis cuantitativo de vidriados por FRX portátil

En este trabajo se aborda la caracterización química y mineralógica de dos piezas cerámicas esmaltadas atribuidas a Niculoso Pisano. Se han estudiado la mineralogía y composición química de las pastas cerámicas, así como la caracterización química-mineralógica y microestructural de los pigmentos utilizados en la decoración de los esmaltes. El análisis de las composiciones y de su variabilidad pretende contribuir a mejorar el conocimiento científico de los materiales y técnicas utilizadas por este artista, así como a dilucidar posibles indicadores de la cronología de su producción cerámica. Con el objeto de establecer un procedimiento que permita la caracterización cuantitativa por métodos no destructivos de obras cuyo análisis por técnicas convencionales no es posible, se han determinado las concentraciones de los elementos químicos de los distintos colores de los vidriados utilizando un equipo portátil de fluorescencia de rayos X (FRXP) y los resultados se comparan con los obtenidos en los mismos objetos por µ -FRX de laboratorio. Combinando FRXP y espectrometría Raman portátiles, se consigue información sobre las obras equivalente a la conseguida con equipos de laboratorio

Analyse in situ des dessins préhistoriques de la grotte de Rouffignac par fluorescence X et diffraction X portable

La Grotte de Rouffignac (Dordogne, France) est un site d'art paléolithique qui renferme de nombreux dessins réalisés au trait noir (mammouths, bisons, rhinocéros laineux, chevaux, bouquetins...). Bien qu'aucune datation directe n'ait été réalisée à ce jour, les œuvres graphiques de cette caverne sont en général rattachées au Magdalénien.The Cave of Rouffignac (Dordogne, France) is a Palaeolithic rock art site which contains numerous black drawings (mammoths, bisons, rhinoceros, horses, ibexes…). Although no direct dating was carried out until now, the artworks of this cave are generally connected with the Magdalenian Culture