La caractérisation des composites aéronautiques est réalisée à travers des essais mécaniques de traction, de flexion et de fatigue, ainsi que par des méthodes ultrasonores. Cette étude se concentre sur les matériaux composites à base de fibres de carbone et de verre, analysant leurs propriétés mécaniques et physiques.
CHAPITRE III
Résultats et discussion
I.1. Introduction
Nous allons présenter dans ce chapitre les résultats obtenus lors de notre expérimentation, pour but de caractériser les stratifiés des deux types des composites élaborés. Nous commençons d’abord par la caractérisation de la matrice seule, puis par la suite trois essais mécaniques de traction, de flexion et de la fatigue ont été réalisés sur les composites, et faisant aussi une caractérisation par la méthode des ultrasons. Finalement on a validé nos résultats expérimentaux à l’aide du logiciel de simulation Abaqus.
I.2. Caractérisation de la matrice
I.2.1. Caractérisation physique
I.2.1.1. Analyse thermique (ATD, ATG)
-0.20
100
-0.25
-0.30 98
Δm/m0
μ V/mg
-0.35
-0.40
96
-0.45
40 60 80 100 120 140 160 180 200
Source : ATD ATG
Température(°C)
Figure III.1 : Diagramme de l’ATD et l’ATG de la résine Epocast
Interprétation :
D’après l’allure des courbes d’ATD/ATG (Figure III.1), on remarque que la résine d’Epocast est stable pendant le chauffage dans la température ambiante jusqu’à une valeur de 110 º C ou le point de la transition vitreuse, et la décomposition rapide se produit après cette valeur critique.
Donc la température d’utilisation ou de service doit être inférieur à 110 ºC.
Résine thermodurcissable : qualifie un matériau qui durcit de façon irréversible au-dessus d’une certaine température.1
I.2.2. Caractérisation mécanique
I.2.2.1. Essai de traction
On s’intéresse aux propriétés mécaniques de la matrice. Pour cela, nous avons élaboré des éprouvettes de traction sous forme haltère (Figure II.19). Nous avons utilisé trois éprouvettes pour les essais qui sont effectués sur une machine universelle MTS au sein du laboratoire a (CNERIB), pilotée par un logiciel qui mesure la déformation en variant la charge de la contrainte appliquée jusqu’à rupture de l’éprouvette (Figure III.2) en précisant la vitesse de déplacement à une valeur de 2 mm/min.
70
Source :
60
50
Contrainte (MPa)
40
30
20
10
Figure III.2 : Rupture en traction de résine
0
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
Déformation (%)
Figure III.3 : Courbe d’essai de traction de résine
Les courbes d’essais de traction des 3 éprouvettes de la résine présentes des valeurs proches ce qui signifie l’homogénéité de notre matrice préparée. La valeur de la contrainte max c’est-à-dire au point de rupture est donné par un calcul de moyenne des trois essais (60.31 MPa) et pour E= 3.47 GPa, avec une déformation moyenne de 1.81%.
Les résistances en traction, et le module d’Young sont très bonnes pour une matière polymère.2
| Tableau III.1 : Propriétés mécaniques par l’essai de traction de la matrice Epocast. | |||
|---|---|---|---|
| Paramètre | Module de Young GPa | Contrainte max MPa | Déformation pour σmax (%) |
| Matrice Epocast 50 – A1 | |||
| Essai 01 | 3.49 | 63.69 | 1.97 |
| Essai 02 | 3.44 | 58.95 | 1.75 |
| Essai 03 | 3.47 | 58.30 | 1.72 |
| Moyenne | 3.47 | 60.31 | 1.81 |
Pour la suite de nos essais, nous avons choisi la résine époxy comme matrice associée aux fibres pour être en adéquation avec la règlementation aéronautique internationale car c’est l’unique qui est autorisée par l’organisation de l’aviation civile internationale.3
II.1. Caractérisation du matériau composite stratifié
Les renforts utilisés pour la réalisation des éprouvettes sont des tissus de carbone et de verre bidirectionnel (voir Figure II.2), imprégnés dans une matrice en résine epocast, leurs caractéristiques sont mentionnées dans les tableaux II.2 et II.3 respectivement.
On cherche à faire la caractérisation physique et mécanique des matériaux stratifiés fabriqués par la mesure de densité et en mesurant le taux de fibres, les résultats sont résumés dans les tableaux ci-dessous. Et faisant des caractérisations non destructives par ultrason et destructives par des essais mécaniques de traction, de flexion et de la fatigue.
II.1.1. Caractérisation physique
II.1.1.1. Mesure de densité
S’appelle aussi la méthode de double pesée, elle permet de savoir si un matériau est dense ou pas. En utilisant une balance hydrostatique sensible avec une exactitude de ± 0.001 g. On mesure de la masse volumique des 3 échantillons de chaque type de stratifiés, les résultats sont mentionnés dans le tableau ci-dessous (Tableau III.2).
| Tableau III.2 : Résultats des masses volumiques obtenus | ||||
|---|---|---|---|---|
| Stratifié | Mesure 1 | Mesure 2 | Mesure 3 | Moyenne |
| Carbone/ Ep | 1.5198 | 1.5203 | 1.5235 | 1.521 g/cm3 |
| Verre/ Ep | 1.7193 | 1.7202 | 1.7271 | 1.722 g/cm3 |
II.1.1.2. Mesure de taux des fibres
Les fractions volumiques des fibres ont été calculées par procédé de calcination en utilisant un four et une balance, et ça pour assurer la cohérence et la qualité de chaque composite avant d’entamer les essais mécaniques.
| Tableau III.3 : Taux massique de renfort par essai de calcination | |
|---|---|
| Matériaux | Fraction volumique des fibres |
| Carbone/ Epocast | 53.37 % |
| Verre/ Epocast | 47.97 % |
Interprétation :
Les résultats obtenus de la mesure des fractions volumiques des fibres et de la matrice montrent que les fractions volumiques en fibres de verre (47.97 %) sont inférieures à celles en fibres de carbone (53.37 %). Ces résultats sont logiques et dûs à la masse volumique élevée des fibres de verre 1.7 g/cm3 par rapport à 1.5 g/cm3 pour les fibres de carbone (le matériau le plus léger occupe plus d’espace en volume), Ces résultats sont confirmés par l’étude de Dr Belgacem et Dr Basaid.45 Dépend aussi de l’aspect géométrique différents pour les deux types de fibres et à l’architecture des tissus qui comprennent un taux de nœuds et vides différents pour chaque type de fibres.
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1 [Référence 1 non spécifiée] ↑
2 [Référence 5 non spécifiée] ↑
3 [Référence 2 non spécifiée] ↑
4 [Référence 2 non spécifiée] ↑
5 [Référence 3 non spécifiée] ↑