Academic literature on the topic 'Assemblages collés – Fluage'

Une solution d'assemblage par collage des modules de puissance utilisés dans le ferroviaire à basse et haute température est développée dans ce travail. Nous proposons l'utilisation d'un Joint Multi-Adhésifs (JMA) qui se compose de deux types d'adhésifs, un adhésif résistant à haute température et un adhésif résistant à basse température. Ces deux adhésifs sont disposés sous forme de trois joints séparés et mis côte à côte. Afin de valider ce concept pour notre application, nous avons formulé des adhésifs hybrides époxyde/silicone de différentes nuances. Puis, une caractérisation thermomécanique globale a justifié la sélection de deux nuances à utiliser au sein du JMA. L'étude de leur tenue au vieillissement thermo-oxydatif isotherme a permis de déduire les mécanismes de dégradation les plus probables. De plus, lors du vieillissement isotherme des adhésifs, la prédiction de la perte de masse est réalisée par la technique de la courbe maîtresse, et le comportement en fluage par la méthode de la superposition temps/temps de vieillissement. Des simulations numériques ont permis de dresser une cartographie des contraintes lors dune sollicitation dynamique telle que le fluage
This work is dealing with a bonding solution associating two adhesives in a same joint without interdiffusion for railways transport application. This concept, called Multi-Adhesive Joint, is a combination of an adhesive for high temperatures use (High Temperature Adhesive (HTA)) and another for low temperatures (LTA) because of a large temperature range in use. We have formulated and thermo-mechanically tested epoxy/silicone "hybrid" adhesive by changing the silicone content. From ageing studies in several thermal conditions, degradation behaviours are investigated and predictive laws are established. In addition, numerical simulations modelize the mixed-joints behaviour subjected to creep solicitations

Parmi les trois chapitres de cette thèse, le premier est consacré à une étude bibliographique sur la durabilité des assemblages collés. Il décrit notamment les principaux modèles d'endommagement et les méthodes d'optimisation permettant d'identifier les paramètres du modèle. Le second chapitre présente la théorie prévisionnelle retenue ainsi qu'une étude paramétrique pour mieux cerner la signification physique des coefficients du modèle. Le dernier chapitre confronte les simulations théoriques avec différentes campagnes expérimentales. Une approche inverse est d'abord mise en oeuvre pour identifier les paramètres théoriques dans le cas d'assemblages collés sollicités en traction ou en cisaillement. La même approche est ensuite utilisée pour identifier le comportement en fluage d'assemblages soumis à un vieillissement accéléré. Les valeurs des paramètres correspondants aux états initiaux et vieillis sont enfin analysées à la lumière des évolutions microstructurales du joint adhésif.

L'ultrafiltration presente un caractere novateur dans le domaine de la distribution d'eau potable. Cette filtration, a l'echelle moleculaire, a necessite le developpement de dispositifs particuliers. Le module d'ultrafiltration etudie est constitue d'un tube en materiaux composites pourvu de deux plaques en resine epoxyde qui maintiennent les fibres filtrantes. La prevision de la tenue mecanique d'un tel ensemble est difficile car la reticulation de la resine est ni homogene, ni complete. Une modelisation numerique preliminaire et des mesures de deformation du module sous pression ont contribue a la mise en place d'un plan d'etude base sur la correlation d'une demarche experimentale et d'une modelisation adaptees. Nous avons teste la tenue mecanique de l'interface colle plaque/tube sur des maquettes moins couteuses que les veritables modules et faisant intervenir les memes materiaux. Les premieres mesures de deformees ont permis de concevoir un banc d'essais adapte. Ce dernier a ete realise, il permet de reproduire les phases de fonctionnement du module et d'effectuer des mesures extensometriques avec acquisition de donnees. La rupture de l'interface plaque/tube a ete observee sur ce banc, mais aussi par emission acoustique. La modelisation des differents aspects du comportement mecanique a necessite la recherche prealable des caracteristiques mecaniques de la plaque en resine et du tube bobine. Celles-ci ont ete determinees par recalages d'analyses modales experimentales et numeriques. Une modelisation par elements finis incompatibles a ensuite ete realisee et completee par des essais de rupture thermique a basse temperature controles par emission acoustique. L'ensemble des resultats experimentaux a permis de valider un critere de rupture, et de mettre en evidence l'influence de la temperature de transition vitreuse de la resine. Enfin, des solutions ameliorant les performances de l'assemblage colle plaque/tube ont ete developpees, modelisees et experimentees dans des environnements thermiques varies, et ont permis la recherche d'une configuration geometrique optimum de l'interface

La technique des goujons collés dans les structures bois allie performances mécaniques et esthétisme. Elle répond au besoin de conservation du bâti pour le domaine de la rénovation et au besoin d’assemblages de plus en plus rigides et résistants en construction neuve avec l’avènement des structures bois de grandes ampleurs et l’arrivée de nouveaux produits tels que le bois lamellé croisé (CLT). De nombreuses études de caractérisation mécanique ont été menées au cours de ces 35 dernières années. L’enquête menée auprès des professionnels et experts en vue de l’introduction de cette technique dans l’Eurocode 5 a néanmoins révélé des attentes et lacunes particulières vis-à-vis des connaissances sur le comportement des assemblages multi-tiges, le choix des adhésifs, le comportement à long terme du collage et les techniques de contrôle qualité. Les travaux de cette thèse, menés en collaboration entre l’université de Bordeaux et l’Université Laval (Québec, Canada), ont pour objectif d’apporter des réponses sur le comportement mécanique des adhésifs, et assemblages sous sollicitation thermique et d’initier les développements sur le comportement à long terme et les assemblages multi-tiges. Les principaux résultats sont issus de travaux expérimentaux et numériques valorisés sous la forme d’articles scientifiques. Les essais mécaniques dynamiques menés sur une colle polyuréthane (PUR) et une résine époxy (EPX) entre 30°C et 120°C mettent en avant des différences importantes de raideur et de dégradations entre les deux adhésifs. Exposés à la chaleur, les assemblages sont eux aussi affectés avec des pertes de raideur et de résistance dès 40°C, en amont de la température de transition vitreuse et de la dégradation des adhésifs. Amené à suivre le régime de température extérieur, l’assemblage doit par sa conception être isolé afin de prévenir les risques aux états limites de service (ELS) et aux états limites ultimes (ELU). Très peu de données sont disponibles dans la littérature sur le comportement à long terme des assemblages goujons collés. L’étude du fluage ajoute une dimension temporelle aux problématiques de raideur. La base de données expérimentales collectée dans ces travaux repose sur 12 campagnes d’essais de 1 à 2 mois en conditions climatiques régulées en température et humidité relative, ou variables (service classe 1). Chargement et climat influent sur le glissement, mais aussi sur la durée de vie. Si des disparités sont présentes entre EPX et PUR, les études menées à 20°C et 50°C révèlent à nouveau l’importance de prendre en considération la température, notamment aux ELS. L’étude en régime variable illustre de son côté la sensibilité du système aux variations de température et d’humidité. L’étude de la répartition des efforts en fonction de la raideur des goujons est choisie comme fil conducteur pour investiguer le passage vers des éléments multi-tiges. Un modèle 3D mono-tige aux éléments finis est tout d’abord développé pour prendre en compte l’orthotropie du bois et regarder l’influence du centre de moelle jusqu’à présent négligée. Par la suite ce modèle est étendu aux configurations multi-tiges afin de simuler différentes configurations d’essais. Un prototype d’essai de caractérisation mécanique des assemblages multi-tiges est finalement présenté
Glued-in rods have successfully been used for connections or reinforcement of timber structures. With the development of tall and large timber buildings and new products such as Cross Laminated Timber (CLT), there is an increasing need for connections that provide high stiffness and strength. Timber connections using glued in rods have a general aesthetic appeal, and take advantage of the structural adhesives that provide a high stiffness and load capacity. During the last 30 years, multiple applications have been developed for renovation and new construction. In parallel, numerous investigations have characterized the mechanical performance of these connections, but harmonized design rules are not available. A lack of knowledge on the multiple-rod connections, on the choice of adhesives, on long-term effects and on the control of quality is identified by a recent study and must be investigated before a new submission to Eurocode 5. This thesis is performed in the framework of collaboration between Université de Bordeaux (France) and Université Laval (Canada). Objectives are focused on the mechanical performance of adhesives and glued-in rod connections under elevated temperature, on the development of creep tests and the investigations of multiple-rod connections. This study combines experimental and finite element modelling results, which are presented in the form of scientific articles. A Dynamic Mechanical Analysis (DMA) on one polyurethane (PUR) and one epoxy (EPX) adhesives followed by static tensile tests on the connections with small-diameter steel glued-in rods have been conducted at different temperatures. High differences in stiffness are observed between the two adhesives. Glued-in rod connections with the EPX and PUR adhesives demonstrate significant losses of stiffness and resistance beyond 40°C, before the glass transition temperature of the adhesive. Following the outside temperature, connections must be insulated to prevent excessive slip and risk of failure at the Serviceability Limits State (SLS) and at the Ultimate Limit States (ULS). Few data on the long-term effects are available in the literature. In this work, 12 campaigns of creep tests, adding time effects to previous work, have been performed. Glued-in rod connections were tested during one to two months in a conditioning room where temperature and relative humidity were controlled or in a room with a variable climate representative of service class 1. Disparities were observed between EXP and PUR. Creep tests conducted at 20°C and 50°C revealed an important role of the temperature, particularly for SLS. Creep tests in variable climate illustrated the sensibility of connections to the temperature and humidity variations. The stiffness and stress distribution in multiple-rod connections were investigated. First, a 3D model was developed to observe the influence of the wood orthotropy on the stiffness and stress distribution in a connection with a single rod. Then, the model was extended to multiple-rod connections to simulate different loads and boundary conditions. Finally, a prototype of a connection with multiple glued-in rods was tested

Le programme de recherche développé dans le cadre de cette thèse a pour principal objectif de concevoir, réaliser et valider une méthodologie d'étude des effets du vieillissement des interfaces collées, basée sur l'utilisation d'un dispositif de fluage innovant pouvant être couplé à un vieillissement hygrothermique. Celui-ci reprend la configuration classique de joint à double recouvrement mais permet de solliciter sous charge constante l'assemblage collé béton/composite. Il présente de plus certaines spécificités (zones de joint non sollicitées, compatibilité avec une machine d'essai à simple recouvrement existante,...) qui permettent de recueillir un grand nombre de résultat expérimentaux complémentaires. En premier lieux, nos travaux présentent une synthèse bibliographique retraçant le contexte du renforcement par composites collés et précisant les principaux mécanismes physico-chimiques susceptibles d'affecter la durabilité des adhésifs. Le manuscrit décrit ensuite les travaux expérimentaux menés pour étudier le comportement mécanique et physico-chimique des deux adhésifs sélectionnés pour la réalisation des joints collés béton/composites. Finalement, une approche prédictive basée sur i) des tests de fluage thermo-stimulés, ii) sur l'application du Principe de Superposition Temps-Température et iii) sur l'utilisation du modèle rhéologique de Burger, a permis de proposer un modèle de fluage non linéaire pour chacun des deux systèmes de colle. La seconde partie des travaux expérimentaux concerne la conception et la validation d'un dispositif innovant destiné à la caractérisation du comportement en fluage des interfaces collées béton/composite. Un élément important du cahier des charges de ce dispositif était d'en limiter l'encombrement, de sorte qu'il soit possible de tester plusieurs corps d'épreuve dans une chambre climatique au volume réduit, en vue d'étudier les effets synergiques du fluage et du vieillissement environnemental sur la durabilité des joints collés. Dans ce contexte, un prototype capable de solliciter en fluage trois corps d'épreuves à double recouvrement réalisés avec le procédé de renforcement Sika®Carbodur®S et connectés sur un unique circuit hydraulique, a été conçu et réalisé. Les résultats issus du prototype ont permis de le valider, en vérifiant notamment le maintient dans le temps de la charge appliquée, et le comportement symétrique des corps d'épreuve à double recouvrement. Le comportement mécanique des interfaces collées s'est révélé répétable, symétrique et conforme aux diverses modélisations réalisées, soit en calculant la réponse instantanée de l'interface au moyen d'un logiciel aux Eléments Finis (E.F.) ou à partir du modèle analytique de Volkersen, soit en calculant la réponse différée de l'interface en intégrant le modèle de fluage non linéaire de l'adhésif identifié précédemment dans le calcul aux E.F.. La dernière partie des travaux présentés dans le manuscrit concerne la réalisation d'un banc complet de fluage impliquant 14 corps d'épreuves à double recouvrement. Ces corps d'épreuve sont réalisés pour moitié avec le système de renforcement Sika®Carbodur®S et pour l'autre moitié avec le système Compodex. Le banc de fluage est installé dans la salle de vieillissement hygrothermique du Département Laboratoire d'Autun (40°C ; 95% H.R.). Tous les corps d'épreuves sont sollicités en fluage par un système de chargement alimenté par un circuit hydraulique similaire à celui utilisé pour le prototype, mais complété par une centrale hydraulique régulant la pression à partir de la mesure d'un capteur de pression. Pour compléter ces caractérisations sur interfaces collées, des essais de vieillissement sont également menés sur des éprouvettes d'adhésifs massiques stockées dans la salle climatique, certaines d'entre elles étant simultanément soumises à des sollicitations de fluage

L’une des principales exigences d’utilisation d’un adhésif est son aptitude à conserver sa capacité à supporter des efforts, appliqués de manière répétée, tout au long de sa vie en service. Toutefois, on dénombre peu d’études sur le comportement en fatigue des assemblages collés. De plus, ces études concernent majoritairement la propagation de fissures et non l'amorçage. Le comportement en fatigue d’assemblages collés est généralement caractérisé grâce à des essais simple-recouvrement auxquels sont associés des états de contrainte complexes présentant de fortes concentrations de contrainte. Le but de ce travail est de développer un outil prédictif du comportement cyclique d’un adhésif dans un assemblage soumis à un chargement de fatigue, en utilisant des essais basés sur l’utilisation d’un montage Arcan modifié. Ce type de montage utilise des éprouvettes générant un état de contrainte avec peu d’effets de bord et un maximum au centre du joint de colle. Une base expérimentale constituée d'essais monotones, cycliques et de fluage pour différents modes de chargement sont présentés. Les résultats expérimentaux concernant un adhésif bi-composant polyuréthane SikaForce®-7817 L60MR permettent de caractériser un comportement reproductible. Ces résultats soulignent une évolution non-linéaire des déformations et fortement dépendante du type de chargement. Ce comportement peut être décrit par l’utilisation d’un modèle visco-élastique-visco-plastique. Implanté dans un code de calcul par éléments finis, ce modèle a permis d’analyser l’influence des phénomènes visqueux. Afin de limiter les temps d'essais, une identification inverse des paramètres a été menée à partir d'une campagne d'essais Arcan en fluage/recouvrement. Les simulations par éléments finis ont permis de décrire le comportement cyclique de structures collées et en utilisant un critère de rupture pertinent, d'effectuer un calcul de durée de vie à l'amorçage d'une fissure. Ce travail a été appliqué à l’étude du comportement en fatigue d'assemblages collés pour applications éoliennes offshores. Aussi, à partir de la stratégie développée, des estimations de la durée de vie de structures composites collés ainsi que d’un cas d’application représentatif ont été réalisées
Estimating capacities of adhesives to endure repetitive loadings is an essential point to perform fatigue assessments. Nevertheless, few studies have been performed on the cyclic behaviour of adhesively bonded structures. Moreover, fatigue crack initiation is less studied for adhesives than the fatigue crack propagation. Fatigue behaviour is mainly analysed using lap-shear type specimens, which are associated with complex stress states and stress concentrations. The aim of this work is to develop a predictive tool describing the cyclic behaviour of an adhesive in an assembly under fatigue loading using an experimental approach based on modified Arcan tests. Such a device is associated with low edge effects and a maximum stress state in the centre of the adhesive. Accurate experimental results under monotonic, creep and cyclic loading are presented for several load amplitudes, mean loads and loading rates. For a two-component polyurethane SikaForce®-7817 L60 MR adhesive, experimental results led to reproducible behaviour. These results underline that the evolutions of the non linear strains strongly depend on the loading type. This behaviour is well described using a visco-elastic-visco-plastic model with non-linear viscous parameters. This model, implemented in 3D finite element simulations, allows analysing the influence of viscosity. In order to limit the experimental test time the inverse identification of the model parameters is performed from modified Arcan creep-relaxation tests. The finite element simulations of bonded structures allowing an efficient description of the cyclic behaviour and using an adequate failure criterion based on the viscous strains evolutions, a validation on fatigue life predictions is performed. This work is dedicated to the study of fatigue of bonded structures in offshore windmills applications. From this strategy a fatigue life estimation of composite structures tests and on an application test is proposed

La majorité des adhésifs utilisés dans l’industrie marine sont des polymères avec un comportement mécanique qui est fortement influencé par les conditions environnementales (vieillissement hydrique ou température). Par conséquent, il est très important pour les ingénieurs travaillant dans des bureaux d’études d’être capable de prendre en compte ces effets lors des différentes étapes de développement et conception des assemblages collés.Le présent travail propose une méthode d’analyse de l’influence du vieillissement hydrique sur le comportement mécanique d’un adhésif structural époxy dans un assemblage collé. Tout d’abord, un modèle viscoélastique-viscoplastique a été développé pour caractériser la réponse mécanique de l’adhésif dans un joint de colle. Pour cela, le dispositif expérimentalArcan a été utilisé. Le modèle est identifié en utilisant la méthode d’identification inverse et les échantillons sont testés à l’état non-vieilli (pas de vieillissement hydrique). Les résultats obtenus après la démarche d’identification sont utilisés pour prédire le comportement mécanique d’éprouvettes massiques.Dans un deuxième temps, afin de diminuer les temps de saturation d’échantillons, l’évolution des propriétés mécaniques de l’adhésif est analysée sous différentes conditions de vieillissement hydrique (immersion dans l’eau de mer et en humidité relative contrôlée) grâce à des essais sur éprouvettes massiques.Les résultats obtenus seront utilisés pour identifier l’évolution de chaque paramètre du modèle proposé, en fonction de la quantité d’eau absorbée. En parallèle, un modèle de diffusion a été développé pour caractériser le gradient de teneur en eau des joints de colle. Les deux approches sont ensuite combinées pour modéliser les profils d’eau pour différents temps de vieillissement et prédire l’évolution des propriétés mécaniques du joint de colle après le vieillissement. Finalement, pour valider la méthode proposée, la prédiction du modèle est comparée avec des essais réalisés sur assemblages collés vieillis
Most of the adhesives used in the marine industry are polymers with a mechanical behaviour which is strongly influenced by environmental conditions (water activity or temperature). Therefore, it is important for engineers and designers to be able to consider these effects during the different stages of development and manufacturing of a bonded structure.The present work presents a method for analyzing the influence of water ageing on the behaviour of an epoxy adhesive in an adhesively bonded assembly.First, a viscoelastic-viscoplastic model is developed to characterise the mechanical response of the adhesive at initial state in a bonded joint using the modified Arcan device. The model is identified using the inverse identification method and the considered samples are tested at an unaged stage (no water activity). The results obtained after the identification process are used to predict the bulk behaviour of the adhesive. A comparison between numerical results and experimental tests realised on bulk specimens is then made in order to validate this first approach.In a second phase, in order to decrease the times for samples saturation, the evolution of the mechanical properties of the adhesive in bulk form is tested under different water ageing conditions (immersion in seawater and different relative humidity). The obtained results allowed to identify the evolution of the model parameters as a function of water content. In parallel, a diffusion model was developed to characterise the water ingress in the bonded joint. These two approaches are then combined to model the water profiles and to consider the evolution of mechanical properties of a water aged adhesively bonded assembly, for different immersion times. Finally, to validate the framework, the prediction is compared with experimental tests performed on aged specimens

Durant ces dernières années, les émissions de CO2 liées à l’utilisation des voitures ont atteint des niveaux critiques contribuant au réchauffement climatique et causant des problèmes de santé. Afin de réduire ces émissions, l’industrie automobile française a décidé de réduire la masse des véhicules via l’utilisation de matériaux plus légers tels que les matériaux composites. Cependant, les techniques d'assemblage classiquement utilisées ne sont pas compatibles pour assembler ces nouveaux matériaux à la structure du véhicule (acier et aluminium). Le principal objectif de cette étude a donc été la caractérisation et la modélisation de nouvelles techniques d'assemblages multimatériaux permettant une bonne résistance mécanique.Quatre techniques d’assemblages multi-matériaux (métal/composite) ont été étudiées : (i) le collage par goujon, (ii) la soudure laser, (iii) le rivetage auto-perçant et (iv) le collage. Des essais traditionnels de simple recouvrement et de traction transverse ont été utilisés pour caractériser les deux premières techniques. Ensuite, un nouveau test de caractérisation basé sur un dispositif Arcan modifié a été proposé pour analyser le comportement des assemblages rivetés et le collage. Parmi les quatre techniques testées, le collage a été retenu comme la technique la plus adaptée aux exigences de l'industrie. Par conséquent, des essais Arcan ont été réalisés afin de déterminer le comportement quasi-statique des adhésifs de l’étude (Betamate1822 et Sikapower498). Ces essais ont ensuite été utilisés pour proposer et identifier une nouvelle loi de comportement 3D viscoélastique spectrale non-linéaire. La procédure d'identification des paramètres des adhésifs n'est basée que sur trois essais de fluage multiniveaux, permettant un dimensionnement rapide des structures collées. Enfin, la loi de comportement proposée a été validée grâce à la bonne corrélation entre les prédictions numériques et les courbes expérimentales des essais monotones à différents vitesses de sollicitation et des essais de traction incrémentale.La présente étude a été développée dans le cadre d’un projet automobile. Néanmoins, les conclusions et les perspectives de l'étude peuvent être extrapolées à d'autres domaines tout aussi intéressants
Nowadays, the emissions of CO2 due to the use of automobiles have reached critical levels causing global warming and health problems. In order to reduce these emissions, the French automotive industry has decided to reduce the car weight by means of the use of lighter materials such as composite materials. However, the classical joining techniques are not adapted to assembly these new materials to the structure of the car (aluminum and steel alloys). Therefore, the characterization and modeling of new joining techniques of dissimilar materials is a problem that has been treated in the current study.Four different joining techniques of dissimilar materials (metal/composite) have been studied: (i) stud bonding, (ii) laser welding, (iii) self-pierce riveting and (iv) adhesive bonding systems. Traditional lap-shear and cross-tension tests were used to characterize the first two joining techniques. Then, a new characterization test based on a modified Arcan device has been proposed to analyze the behavior of self-piercing rivet and adhesive bonding systems. Among all the four tested techniques, adhesive joints have been selected as the most adapted technique according to the requirements of the industry. Therefore, modified Arcan tests have been performed in order to determine the behavior of the adhesives of the study (Betamate1822 and Sikapower498). These tests were then used to propose and identify a new 3D non-linear viscoelastic spectral model. The identification procedure of the material parameters is only based on three multilevel creep tests, which permits the rapid dimensioning of adhesively bonded structures. Finally, the proposed behavior law was validated by the good concordance between the numerical predictions and the experimental curves of monotonic tests at different loading rates and increasing cyclic tests.The current study was developed in the framework of an automotive project. Nevertheless, the conclusions and prospects of the study can be extrapolated to other interesting fields