Effects of static and cyclic fatigue at high temperature upon reaction bonded silicon nitride

The effects of static fatigue and cyclic fatigue upon Reaction Bonded Silicon Nitride (RBSN) were compared using the statistical distributions of residual strengths measured in tension. The strength-controlling flaws are highly dependent upon frequency. It was found that low frequency cyclic and short-term static loadings blunted surface flaws, whereas high frequency cyclic fatigue affects internal flaw populations. This situation is attributed to oxidation related mechanisms

Caractérisation de l'endommagement de composites tissés à matrice SiC

Le comportement mécanique à température ambiante de deux composites bidirectionnels tissés, C/SiC et SiC/SiC de la SEP, a été étudié à l'aide de plusieurs géométries d'éprouvettes, entaillées ou non. La dégradation a été caractérisée en terme de déformation résiduelle et d'énergie absorbée dans l'ensemble de l'éprouvette. Les résultats des essais de traction et de flexion révèlent des déformations comparables, et une absorption de type volumique, qui est liée à la taille de la zone sollicitée dans les échantillons. Dans les éprouvettes entaillées, la distorsion du réseau de fibres semble être le mécanisme dominant. Les valeurs obtenues pour les paramètres sont comparativement supérieures à celles mesurées en traction et flexion. Dans l'ensemble des essais, les déformations mesurées sont environ 5 fois plus faibles dans le SiC/SiC que dans le C/SiC, mais les énergies absorbées sont comparables dans les deux matériaux

Approche micromécanique statistique-probabiliste de la multifissuration des fils transversaux d'un CMC tissé = Micromechanical and stochastic approach to transverse multiple cracking in a woven CMC

National audienceCet article propose une approche statistique-probabiliste de la multi fissuration des fils transversaux au sein d'un composite tissé à matrice céramique (CMC). Des simulations par une approche d'Essai Virtuel fondée sur la méthode des Éléments Finis appliquée à des cellules de calcul permettent d'identifier les populations de défauts. La microstructure fibres/pores/matrice est explicitement représentée et placée entre deux éléments de renfort. Un second type de cellules dans lesquelles la microstructure est remplacée par un matériau homogène élastiquement équivalent (MHE) permet d'aborder une stratégie de changement d'échelle. La transition d'échelle est basée sur une analyse statistique de la distribution des défauts dans la microstructure. Les fonctions caractéristiques sont identifiées et permettent de décrire les séquences de fissuration et de éterminer les probabilités d'apparition de fissures. Ces fonctions statistiques sont ensuite utilisées pour générer des tirages aléatoires de perturbations couplés aux simulations sur les cellules avec MHE. Une comparaison des deux approches permet ensuite de valider la représentativité des populations de défauts identifiées

Résistance au dommage local de basse énergie d'un composite SiC/SiC = Resistance to Low Energy Impact Damage for a SiC/SiC Composite

National audienceL'objectif de cette étude est de déterminer la résistance aux dommages provoqués par une sollicitation locale de poinçonnement pour un composite SiC/SiC tissé. Le dispositif expérimental permet d'encastrer un échantillon dans un socle circulaire de faible dimension afin de l'indenter par un poinçon hémisphérique. Des niveaux d'énergie croissants sont imposés pour générer des endommagements différents allant de l'apparition des premières fissures à la perforation complète de l'éprouvette. Les essais sont réalisés d'une part sur des échantillons de faibles dimensions pour caractériser l'endommagement et d'autre part sur des éprouvettes de traction pour déterminer le comportement du matériau endommagé. La présence d'un dommage exogène provoque la rupture prématurée de l'éprouvette qui est fonction de l'énergie absorbée lors des mécanismes d'endommagement dû au poinçonnement. Les résultats sont comparables aux travaux publiés dans la littérature concernant la résistance à l'impact de composites à matrice céramique tissé

Durée de vie d'un composite en fatigue statique sous un gradient de contrainte et de température = Composite lifetime, in static fatigue, under non-uniform stress and temperature fields

National audienceUn modèle mécanique est proposé pour le calcul de la durée de vie du composite dans des conditions où champs de température et de contrainte sont non uniformes. Le modèle prend en compte le phénomène de cicatrisation matricielle et les 3 principaux processus d'endommagement en fatigue, identifiés par fractographie M.E.B : fissuration lente des fibres, rupture fragile locale de fibre et rupture par paquet de fibres [1, 2, 3]. Il s'agit d'un modèle multi-échelle fondé sur la rupture des fibres et des fils. Le modèle est confronté à des résultats expérimentaux obtenus en fatigue à 800°C pour un composite SiC/SiC. L'aboutissement du modèle est double. D'une part, il conduit à l'établissement d'une distribution spatiale des durées de vie, en fatigue statique, au sein de la pièce ou de l'éprouvette. Cette loi permet de localiser les zones critiques où la durée de vie est minimale, et de prévoir la durée de vie en fonction de la géométrie. D'autre part, ce modèle permet la définition d'une géométrie en fonction d'une distribution spatiale fixée de durée de vie

Approche multiéchelle du comportement mécanique des matériaux composites à renfort tissé = Multiscale modelling of the mechanical behaviour of woven composite materials

National audienceCet article présente une modélisation multiéchelle du comportement mécanique des matériaux composites à renfort tissé. Le modèle proposé (DMD) repose sur une description de l'architecture du renfort tissé, l'arrangement des constituants et leurs modes d'endommagement. Le modèle développé est identifié et validé pour un matériau composite tissé à matrice céramique, et appliqué à des cas tests de calcul de structure

Modélisation non linéaire des effets de l'endommagement sur les propriétés thermiques d'un CMC unidirectionnel = Modelling the influence of damage on the thermal properties of ceramic matrix composites

National audienceLes composites thermostructuraux, que sont les CMC, doivent à la fois être tolérants aux endommagements mécaniques et continuer à assurer l'échange de chaleur dans l'état endommagé pour des applications telles que le nucléaire. Cela nécessite d'établir la dépendance des propriétés thermophysiques à l'état d'endommagement et de développer des outils de calcul et de dimensionnement de structure. L'objectif est de proposer un modèle non linéaire qui couple une loi de comportement élastique endommageable et une représentation des transferts thermiques, pour des composites à matrice céramique. L'originalité est d'aborder dans une même étude les comportements thermique et mécanique pour un composite unidirectionnel. Il est alors possible d'évaluer la dégradation de la conductibilité thermique du matériau sous un mode de sollicitation

On the Use of Digital Image Correlation to Analyze the Mechanical Properties of Brittle Matrix Composites

The 2D digital image correlation technique needs a single CCD camera to acquire the surface patterns of a region of a specimen in the undeformed and deformed states. With two images, one can determine in-plane displacement and strain fields. Its performance is assessed and discussed in real experimental situations. Thanks to its sub-pixel resolution, it can be used to monitor experiments even for brittle and quasi-brittle materials, namely materials for which the strain levels remain low (less than 0.1% in many cases). Two examples are given. Firstly, elastic properties of BraSiC (a silicon-based braze to assemble SiC/SiC composites) are extracted from kinematic fields estimated by utilizing a digital image correlation method. Secondly, the technique is utilized to analyze experimental results of a plane shear experiment and validate a damage model describing different degradations in a C/C composite material

Effet de l'endommagement mécanique sur les propriétés thermiques de composites à matrice céramique (approche multiéchelle)

Le travail exposé dans ce mémoire propose un examen, selon une approche multiéchelle, de la relation entre l évolution de l endommagement et la perte de conductibilité thermique de Compositesà Matrice Céramique. Les recherches sont menées à la fois sur le plan expérimental et sur le plan théorique. La démarche mise en oeuvre consiste à examiner deux échelles significatives (Microet Meso) auxquelles agissent des mécanismes d endommagement différents et à évaluer pardes techniques d homogénéisation l effet sur les propriétés thermiques effectives.Une attention particulière a été donnée à l élaboration d une démarche expérimentale approfondieassociant des moyens de caractérisation mécanique, thermique et microstructurale. Aux deuxéchelles étudiées, un banc expérimental a été conçu pour réaliser des mesures thermiques sur des CMC sollicités mécaniquement. La diffusivité thermique longitudinale du mini composite est estimée par thermographie à détection synchrone. Des variantes de la méthode flash en face arrière sont mises en oeuvre pour l étude du composite tissé. Par ailleurs, la progression de l endommagementest déduite de l enregistrement des signaux acoustiques et d observations microstructurales post-mortem. Les résultats expérimentaux sont systématiquement comparés à des simulations. A l échelle Micro, un modèle micromécanique est proposé afin de simuler la perte de conductivité thermique d un mini composite en traction. A l échelle Méso, une stratégie multiéchelle de calcul numérique de l effet de l endommagement sur les propriétés thermiques d un CMC tissé est présentée.In this work the relationship between the evolution of damage and the loss of thermal propertiesof Ceramic Matrix Composites is investigated by a multiscale approach. Research are conductedboth experimentally and theoretically. The implemented approach is to consider two significantscales (micro and meso) where different damage mechanisms are operating and then assess theeffect on the effective thermal properties by homogenization techniques.Particular attention has been given to the development of a thorough experimental work combiningvarious characterization tools (mechanical, thermal and microstructural). At the two aforementionedscales, an experimental setup was designed to perform thermal measurements onCMC under tensile test. Thermal diffusivity of minicomposites is estimated using Lock-in thermography.Also, tranverse diffusivity mapping as well as global in-plane diffusivity of woven CMCare determined by suitable rear face flash methods. The evolution of damage is then derived fromacoustic emission activity along with postmortem microstructural observations. Experimental resultsare systematically compared to simulations. At microscale, a micromechanical-based modelis used to simulate the loss of thermal conductivity of a minicomposite under tensile test. At mesoscale,a multiscale Finite ElementModel is proposed to compute the effect of damage on thermalproperties of woven CMC.BORDEAUX1-Bib.electronique (335229901) / SudocSudocFranceF