Study of fatigue behavior of plant fiber reinforced composites : taking into account the variability of properties

Abstract

L’étude présentée porte sur la caractérisation et la comparaison des propriétés quasi-statiques et en fatigue de composites à fibres de lin et de verre avec une matrice époxy. Une importante campagne d’essais de fatigue a été réalisée à partir des propriétés quasi-statiques de traction et cisaillement plan mesurées. Il apparaît que les caractéristiques en statique et en fatigue du verre/époxy sont supérieures à celles du lin/époxy à taux de fibres et stratification identiques. Cependant, en raison de la faible densité des renforts de lin, les écarts entre les propriétés spécifiques des deux matériaux sont faibles. La mesure de l’évolution des propriétés en fatigue a mis à jour des comportements phénoménologiques particuliers tels que la diminution de l’amortissement et l’augmentation de la rigidité des lin/époxy  ayant des fibres parallèles à la direction du chargement, au cours de la vie des éprouvettes. Le suivi de l’endommagement par la mesure des densités de fissures montre que celle-ci augmente avec le chargement et le nombre de cycles appliqués. Les simulations par éléments finis de la durée de vie des composites lin/époxy, intégrant la variabilité des paramètres du modèle par la méthode Monté-Carlo, donnent des courbes de Wöhler conservatives par rapport aux données expérimentales. Conformément aux mesures expérimentales, la variabilité des durées de vie calculées diminue lorsque le chargement baisseThe present study focuses on the characterization and comparison of the quasi-static and fatigue properties of flax and glass fibre reinforced composites with an epoxy matrix. An extensive experimental campaign of fatigue tests have been performed using the measured quasi-static tension and in plane-shear properties. It appears that the static and fatigue characteristics of the glass/epoxy composites are higher than that of flax/epoxy ones with similar fibre volume fraction and lay-ups. However, due to the low density of flax reinforcements, the differences between the specific properties of the two materials are low. The measurement of the evolution of the fatigue properties has highlighted particular phenomenological behaviours such as the decrease of the damping and the increase of the stiffness of flax/epoxy composites having fibres parallel to the loading direction, during specimens’ life. The monitoring of material damage by measuring the crack density showed its increase with the loading level and the number of cycles applied. Finite elements simulations of the life cycle of flax/epoxy composites, incorporating the variability of the model’s parameters by Monte Carlo method, gave conservative Wöhler curves compared with experimental data. In agreement with the experimental measurements, the variability of lifetimes calculated decreases when the load decrease