Modèle d'optimisation du volume des plaques en FRP par MEF dans les structures renforcées en béton armé.

Dans la présente étude, un modèle numérique par éléments finis sous ANSYS a été développé pour l'optimisation du renforcement externe des poutres en béton armé par plaque en HFRP (Hybrid Fiber Reinforced Polymer). Pour atteindre cet objectif, des éléments finis (EF) en 3D adaptés à la non-linéaire du matériau et géométrique ont été utilisés pour étudier le comportement des poutres en béton avec et sans plaque de renforcement en HFRP. L'étalonnage et la validation des résultats numériques sont comparés à ceux obtenus expérimentalement montrent un bon accord pour différentes aspects (charge/flèche, charge/déformation et moment/courbure à mi-portée de la poutre en flexion). Une étude paramétrique a été faite pour évaluer les effets de l’épaisseur et de la longueur de la plaque HFRP sur repense de la poutre. Afin d'avoir un poids acceptable du renfort (en volume), notre modèle est utilisé pour optimiser le volume de la plaque FRP dont les conditions d'optimisation sont liées aux variables de conception géométriques (l’épaisseur et de la longueur de la plaque FRP) et aux variables d'état (les contraintes d’interface normales et de cisaillement au bord du renfort). Les valeurs optimales recherchées sont évalués où on aperçoit une réduction de la longueur et de l’épaisseur respective de l’ordre 50% et 6,7%, qui conduit à une diminution notable du coût de l’intervention

Effet des incertitudes mécaniques et géométriques sur la conception des pipelines en composite

International audienceAfin de réduire les contraintes circonférentielles engendrées par un chargement mécanique d'un pipeline en composite, nous avons proposé un modèle analytique basé sur la formulation de Tsai. Une étude paramétrique a été proposée pour valoriser ces contraintes à travers l'épaisseur du pipeline. Pour mettre en valeur la variabilité des incertitudes causées par des défauts de fabrication, des erreurs de manipulation en service ou des endommagements statiques ou cycliques du matériau, nous avons proposé une étude fiabiliste qui cerne la sensibilité des paramètres les plus importants lors de la conception d'un pipeline en composite. En se servant de la méthode de Monte-Carlo, nous avons estimé l'effet des incertitudes dues à la variation des caractéristiques mécaniques et géométriques du pipeline ainsi que la charge appliquée. A partir des résultats obtenus, il a été constaté que pour des coefficients de variation bien contrôlés, les paramètres les plus dominants sont l'épaisseur et la charge appliqué

Prédiction de la résistance micromécanique des composites à matrices polymère

Le présent travail décrit un modèle analytique permettant de prévoir la résistance d'un composite unidirectionnel en carbone époxyde en utilisant des techniques micromécaniques. Ce modèle suppose qu'un groupe de fibres cassées est entouré d'un nombre de fibres intactes sous forme d'un arrangement hexagonal. Les développements mathématiques utilisés sont présentés pour justifier la forme de la répartition des contraintes autour de la fibre cassée et des fibres voisines adjacentes. Pour suivre l'évolution de l'endommagement aux régions localement plastifiées, on a procédé à une augmentation progressive de la fraction volumique des fibres et de la charge extérieure de traction. Ceci, nous a permit d'évaluer aussi l'extension de la zone localement plastifiée, de la zone inefficace, de la concentration de contraintes et du déplacement longitudinal des fibres cassées et intactes, en fonction du nombre de fibres cassées et de la longueur de l'échantillon

Fatigue behavior of damaged concrete beams repaired with composite material

By the present paper, an analytical model was developed to study the cracked FRP-strengthened reinforced concrete beams subjected to fatigue loading. In order to follow the distribution of interfacial shear stresses causing the debonding phenomenon, a new analytical model based on the cohesive zone (CZ) approach was developed. The present model has the possibility to describe the evolution of the shear stress in the three zones (elastic, microcrack and debonding) and the bearing capacity of the repaired structure. Interface damage scenarios were evaluated for a fatigue load estimated to 90% of the elastic load and another at 60% of the ultimate load Pu.  Results obtained are in good agreement with those given by the literature. The results showed that the shear strength developed by the repaired beam is sensitive to the variation of the mechanical properties (Concrete, FRP and Adhesive layer), the fatigue load ratio and the number of cycles. These parameters can be considered as indicators of damage affecting the health status of the structure repaired during fatigue. The debonding at the FRP-concrete interface noticeably reduced the strength and lifespan of the repaired structure.&nbsp

Evolution du Facteur de résistance hygrothermique transitoire en fonction des séquences d'empilement pour des composites stratifiés sous des conditions d'environnement cycliques

Exposé à des conditions d'environnement cycliques, les composites à matrices polymères sont capables d'absorber une quantité d'humidité durant de longues années de service. Suite à ce type d'environnement, il se développe des contraintes hygrothermiques extrêmement critiques aux bords et aux interfaces fibres/résines. Au cours des premiers temps de la diffusion d'humidité, les contraintes hygrothermiques sont assez importantes dans la direction transversale, où elles peuvent engendrées un délaminage par gonflement entre les plis formants le stratifié. Pour avoir une idée sur la probabilité d'endommagement des plaques stratifiées sous des contraintes hygrothermiques transitoires, on a adopté le critère de rupture de Tsai-Wu. Le critère de sécurité sera vérifier en évaluant le facteur de résistance (R) pour chaque séquence d'empilement aux bords de la plaque stratifiée

Etude de la résistance a la fissuration des plaques en l’aluminium réparées par des patchs en composites

La caractérisation mécanique des matériaux repose sur l’étude de son comportement vis-à-vis des sollicitations extérieures qui engendrent des contraintes et des déformations est l’étape indispensable dans les applications industrielles données qui exigent la connaissance et la maîtrise de caractéristiques mécaniques des matériaux choisis. A ce stade on recourt à un certain nombre d’essais normalisés pour accéder aux grandeurs caractéristiques des matériaux, du module d'Young à la limite d'élasticité, en passant par la ténacité ou la résistance à la fatigue.Le premier objectif de cette étude portera donc sur la caractérisation mécanique usuelle indispensable pour l’estimation le module d’Young ainsi que la limite élastique et plastique  des plaques en aluminiums minces et épais en vue de prédire leur aptitude de résistances aux sollicitations mécaniques impose. Des plaques en résine ont été aussi caractérisées dans cette étude par la présentation une technique expérimentale la  plus couramment utilisée dans les industries, et pour atteindre le deuxième objectif de ce travail, on a  fait une modélisation numérique  par le code de calcul Ansys des plaques  en aluminium minces présentant des défauts centraux à des différentes tailles avec et sans collage des patchs en fibres de carbone.  En utilisant la loi Paris, le nombre de cycle est estimé pour différentes tailles de fissures

Creep model for the long-term behaviour of combined cohesive-bridging model of FRP–concrete interface debonding under axial loading

International audienc

Effect of Form Factor and Mass Fraction of Alfa Short Fibers on the Mechanical Behavior of an Alfa/Greenpoxy Bio-composite

International audienceAbstract: This experimental study highlights the effect of the geometric form factor (λ=length/diameter) and the fiber mass fraction on the mechanical behavior of an Alfa/Greenpoxy bio-composite. The Alfa stalks, collected in the Djelfa region in the Algeria highlands, were cut into pieces with length of 7 to 10 cm, washed and dried for two days at 70 °C. Using a knife mill coupled to three sieves (1.6, 2 or 2.5 mm), three categories of short fibers, according to their form factor λ, were obtained. Depending on the incorporated mass fraction (5, 10, 15 or 20 %) and the three form factors λ of the fibers, twelve types of plates were manufactured by hand molding followed by a curing cycle to accelerate the polymerization, reduce porosity and improve the final surface state. The main mechanical characteristics were determined with tensile, bending and shock tests on ISO 3167-type A samples, obtained by laser cutting. The results revealed that the increase of the form factor and the mass fraction gives rise to a significant improvement of the mechanical properties. We conclude that optimal processing conditions will maximize the mechanical properties of Alfa/Greenpoxy bio-composites.RÉSUMÉ :Cette étude expérimentale met en valeur l’effet du facteur de forme géométrique (λ=longueur/diamètre) et de la fraction massique de fibre sur le comportement mécanique d’un bio-composite Alfa/Greenpoxy. Les tiges d’Alfa, collectées dans la région de Djelfa des hauts plateaux de l’Algérie, sont découpées en morceaux de 7 à 10 cm, lavées et séchées durant deux jours à 70 °C. Trois catégories de fibres courtes, suivant leur facteur de forme λ, ont été obtenues par passage dans un broyeur à couteaux suivi d'un tamisage (tamis 1,6, 2 ou 2,5 mm). En fonction de la fraction massique incorporée (5, 10, 15 ou 20 %) et des trois facteurs de forme λ des fibres, douze types de plaques ont été élaborés par moulage manuel suivi d’un cycle de cuisson pour accélérer la polymérisation, réduire la porosité et améliorer l’état de surface final. Des échantillons ISO 3167-type A, prélevés par découpe laser, ont été testés en traction, flexion et choc pour déterminer les principales caractéristiques mécaniques. Les résultats ont révélé que l’augmentation du facteur de forme et de la fraction massique engendre une sensible amélioration des propriétés mécaniques. Nous concluons que l’adoption de conditions optimales permettra de maximiser les propriétés mécaniques des bio-composites Alfa/Greenpoxy

Etude de l’effet thermique sur les contraintes de cisaillement engendrées par arrachement de la plaque de renforcement FRP: Study of thermal effect on interfacial shear stresses in FRP-plated RC beams under pull-off test

Afin d’éviter les inconvénients des anciennes techniques de renforcement ou de réparation en utilisant les assemblages soudés, boulonnés ou rivetés, l’emplacement de plaques en matériaux composites collées extérieurement sur les structures est apparu comme une alternative fiable assurant une répartition uniforme des contraintes à l’interface. Mais pour des raisons de techniques inadaptées lors de la mise en oeuvre, de surexploitation ou de sousdimensionnement, les nouvelles approches ont soulevé le problème de la séparation de la plaque de renforcement FRP de la poutre en béton. Pour parer à ce type d’endommagement dans les structures réparées, une nouvelle approche analytique tenant en compte l’effet de la température a été développée pour simuler le phénomène de décollement au niveau de l’interface Béton-FRP lors une sollicitation en Mode II. Cette approche est basée sur l’emploi du modèle de la zone cohésive. La loi de comportement (τ-δ) est divisée en trois zones : élastique, adoucissement et décollement. En premier lieu, une validation du modèle analytique a été effectuée avec des résultats issus de la littérature. Afin de réduire la concentration des contraintes au front et retarder leur évolution au niveau de l’interface, une étude paramétrique a été effectuée avec succès pour montrer l’effet de la température et de la variation de propriétés mécaniques et géométriques de la plaque FRP sur le comportement de la structure réparée. In order to avoid various drawbacks caused by old reinforcement techniques and repair based on welded, bolted or riveted assemblies, composite panels glued externally on structures appeared as a reliable alternative ensuring a uniform distribution of the stresses at the interface. However, for reasons of unsuitable techniques during implementation, overuse or under-design, the new approaches have raised the problem of the separation of the FRP reinforcing plate from the concrete beam. To deal with this type of damage in the case of repaired structures, a new analytical approach taking into account the effect of temperature has been developed to simulate the phenomenon of detachment at the Concrete-FRP interface when applying a load in Mode II. This approach is based on the use of the cohesive zone model. The constitutive law (τ-δ) is divided into three zones: elastic, softening and separation. First, a validation of the analytical model was carried out with literature results. In order to reduce the stress concentration at the front and delay their evolution at the interface, a parametric study was carried out successfully to show the effect of the temperature and of the variation of mechanical and geometrical properties of the FRP plate on the behavior of the repaired structure