Etude en rupture d'un composite à fibres végétales d'Alfa

National audienceThe behavior under monotonic loading of reinforced natural fibre composites begins to be fairly well known today. However, the fracture behavior is still poorly controlled. This work describes a numerical approach developed to simulate the propagation mechanism of a matrix crack in natural fibre reinforced composites.To this end, the fracture behavior of a REV; constituted of alfa fibre, with linear anisotropic behavior, surrounded by a matrix with non-linear viscoelastic behavior, was investigated using a finite element model. The analysis of the fracture behavior of the composite alfa fibre / epoxy resin shows that under uniaxial longitudinal or transverse load to the fibre, a crack initiated in the matrix is propagated perpendicularly to the direction of the load. Near the interface, the energy release rate decreases and this energy is higher in the presence of interfacial debonding areas generated by problems of fibre wettability. Reaching the interface, the crack is either blocked or deflected. Once deflected, the crack propagates along the interface and causes the complete debonding of the fibre.Le comportement sous chargement monotone des composites renforcés par des fibres naturelles commence à être assez bien connu aujourd'hui. Cependant, le comportement à la rupture est encore mal maîtrisé. Le présent travail décrit une approche numérique développée pour simuler le mécanisme de propagation d'une fissure matricielle à l'interface fibre végétale alfa / résine époxy dans les composites à matrice polymère. A cette fin, le comportement à la rupture d'un VER constitué d'une fibre unitaire d'alfa, de comportement linéaire anisotrope, entourée d'une matrice de comportement non linéaire viscoélastique, a été étudié à l'aide d'un modèle éléments finis. L'analyse du comportement à la rupture du composite fibre alfa/résine époxy montre que sous l'action d'un chargement uniaxial, longitudinal ou transversal par rapport à la fibre, une fissure initiée dans la matrice se propage perpendiculairement au sens de la sollicitation. Au voisinage de l'interface, le taux de restitution d'énergie diminue et ce taux est plus élevé en présence de zones de non adhésion générées par des problèmes de mouillages. Arrivée à l'interface, la fissure est soit bloquée soit déviée. Une fois déviée, la fissure se propage le long de l'interface et entraîne la décohésion de la fibre

Composite lin/époxy : optimisation par plan d'expériences

International audienceLe taux de porosités, Vp, est un paramètre critique, à minimiser pour les composites à fibres végétales. On présente une étude statistique de l'influence des porosités dans un " primaire " lin/époxy élaboré avec du sergé 2/2. Nous optimisons un protocole de moulage au contact à l'aide d'un plan d'expériences. Les facteurs sont liés à l'élaboration. Les réponses sont d'ordre morphologique, mécanique et hygroscopique. Le plan d'expériences a permis d'élaborer 9 plaques avec un taux de porosités, indépendant du taux de fibres, variant de quelques pourcents à environ 20 pourcents. Le premier intérêt de la démarche est de permettre un criblage des facteurs qui influent sur l'élaboration. On dégage un protocole optimal pour lequel Vp est minimal, la saturation en eau vaut 7,5 % et la résistance en flexion vaut 152 MPa. Le second intérêt est que la grande variation des réponses permet d'effectuer une étude statistique. On démontre que la résistance en flexion, la masse volumique et la saturation sont directement corrélées à Vp, et que le module de flexion et la diffusion sont corrélés à la masse volumique. Ceci nous permet de proposer deux stratégies permettant de valider un composite à fibres végétales au sens de la minimisation de Vp

Prépregs lin/époxy : influence des paramètres d'élaboration sur les propriétés mécaniques

International audienceDans ce travail, afin d'améliorer les propriétés mécaniques des composites lin/époxy, des traitements chimiques ont été testés. Les fibres de lin subissent divers traitements pour des applications destinées au secteur textile : blanchiment, mercerisation, lessivage, traitement enzymatique ou traitement enzymatique avec détergent. Les composites ont été caractérisés mécaniquement par un essai de traction. Un test de sorption est effectué en utilisant une méthode gravimétrique. On montre que les traitements augmentent la rigidité et la résistance des composites lin/époxy, avec une diminution de la déformation. Cela signifie une amélioration de l'adhésion entre la résine époxy et les fibres de lin. Les meilleures performances sont atteintes avec les traitements de blanchiment et enzymatique

Pré-imprégnés lin/époxy : influence des paramètres d’élaboration sur les propriétés mécaniques

Le pré-imprégné lin/époxy testé est constitué de fils de lin torsadés provenant de l’industrie textile. Il est principalement utilisé dans le secteur du sport et loisir. La valeur ajoutée recherchée est la bonne capacité d’amortissement des vibrations. Une première étude a montré que le comportement du lin/époxy n’est pas seulement élastique et que sa résistance n’est pas optimale, on atteint au mieux 350 MPa là où la loi des mélanges laisse espérer le double! L’objectif à terme du travail consiste à optimiser le pré-imprégné. On étudie l’influence de la torsion des mèches en comparant un TISSÉ comportant un fil de trame pour 19 fils de chaîne, avec un UD, un UD COUSU à 45° et un MAT possédant une orientation privilégiée. Le meilleur résultat est obtenu pour le TISSÉ. On pense que la filature au mouillé rend optimale la séparation des fibres unitaires. On étudie l’influence du traitement textile en comparant un sergé 2/2 ÉCRU avec le même tissu LESSIVÉ, BLANCHI et MERCERISÉ. Le meilleur résultat est obtenu pour le tissu MERCERISÉ

Analysis of the thermomechanical behavior of Ti–Ni shape memory alloy thin films by bulging and nanoindentation procedures

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About optimal architecture of plant fibre textile composite for mechanical and sorption properties

International audienceThe aim of this work is to establish simple rules to optimise the architecture of plant woven fabric reinforcement for structural composite applications (sorption and mechanic aspects). For that, the influence of architectural parameters of reinforcement such as the frame, the yarn diameter, the pick count, and the filling rate, was studied from six different flax fabrics (2 quasi-unidirectionals and 4 balanced twills) and two processing techniques (autoclave and hot platen press). On the one hand, in order to normalise the effects of fibre fraction, porosity fraction and architectural parameters, a model was developped to analyse the mechanical properties at the level of the yarn. On the other hand, after demonstrating that the classical model of Fick does not properly fit the sorption of plant fibre textile composite, a two-phase Fick’s diffusion model was applied. It results that the best fabric architecture concerning mechanical and sorption properties is a compromise mixing high filling rate of woven fabrics, small shrinkage of yarns, and small yarn diameter

Experimental and numerical studies on the low-velocity impact response of orthogrid epoxy panels reinforced with short plant fibers

Experimental and numerical studies were conducted to analyze the low-velocity impact response of orthogrid stiffened panels reinforced with short alfa fibers. Tensile specimens and orthogrid panels were fabricated with two types of epoxy resins and different fractions of crushed and sieved alfa fibers (fiber volume fraction (V f ) from 10% to 50%). Impact tests were conducted on the orthogrid panels to investigate their low-velocity transverse impact behavior. The resistance to damage increased with an increase in fiber content and improvement in the mechanical properties of the composites (measured in static). Bending tests carried out on pre-impacted and non-impacted panels revealed a change in the linearity of the initial bending behavior, which could be justified by the small cracks generated by impact. A numerical model of impact on the orthogrid stiffened composite panels was developed using the nonlinear Hertz's contact model. To simulate the failure mechanism and load-time history, a standard Tsai-Wu failure criterion was used on ANSYS explicit dynamic software. The simulations show a good correlation with the experimental data. The dominant stresses for damage evolution are found to be normal stresses. The presence of a stiffener reduces the stress, which confirms that stiffeners limit the propagation of damage. © 201

Analysis of the mechanical behavior of shape memory polymer membranes by nanoindentation, bulging and point membrane deflection tests

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Use of functionalized nanosilica to improve thermo-mechanical properties of epoxy adhesive joint bonding aluminium substrates

International audienceThe present work is concerned with the improvement of thermal properties and mechanical strength of adhesive joints consisting of an epoxy adhesive layer bonding aluminium substrates by grafted nanosilica. Epoxy resin/silica nanocomposites were prepared by using functionalized silica. Silica was functionalized by amine group (SiO2-NH2). It was identified by Raman and Fourier Transform Infrared (FTIR). Effects of silica on viscoelastic properties for epoxy resin and its assemblies with aluminium substrates were studied by Dynamical Mechanical Analysis (DMA). Particles distribution was characterized by Scanning Electron Microscope (SEM). Our experimental results showed that functionalized silica presents a better distribution in the matrix than the pure silica. Our results also showed that grafting of functionalized silica improves the glass transition temperature (Tg) and the ultimate strength of aluminium/epoxy/aluminium assembly

Numerical simulation and experimental verification of hollow and foam-filled flax-fabric-reinforced epoxy tubular energy absorbers subjected to crashing

Numerical methods for simulating hollow and foam-filled flax-fabric-reinforced epoxy tubular energy absorbers subjected to lateral crashing are presented. The crashing characteristics, such as the progressive failure, load–displacement response, absorbed energy, peak load, and failure modes, of the tubes were simulated and calculated numerically. A 3D nonlinear finite-element model that allows for the plasticity of materials using an isotropic hardening model with strain rate dependence and failureis proposed. An explicit finite-element solver is used to address the lateral crashing of the tubes considering large displacements and strains, plasticity, and damage. The experimental nonlinear crashing load vs. displacement data are successfully described by using the finite-element model proposed. The simulated peak loads and absorbed energy of the tubes are also in good agreement with experimental results