Academic literature on the topic 'Assemblages collés – Rupture'

Nous avons développé une méthode d'essais permettant de caractériser le comportement à rupture d'une jonction collée sur une large gamme de vitesse. L'éprouvette de rupture M. M. F. (mixed mode flexure) est utilisée sur cette gamme. Nous mettons en évidence des régimes de fonctionnement de l'éprouvette différents selon la vitesse. Nous avons réalisé deux séries d'essais (éprouvette chargée en flexion à 0. 5mm/mn et à 0. 6m/s) pour lesquelles l'éprouvette est en équilibre avant sa rupture. Des calculs par éléments finis permettent d'analyser finement le comportement mécanique de l'éprouvette, montrent que le joint collé est sollicité en mode mixte et que le comportement de l'éprouvette est modifié par une plastification en pointe de fissure. Néanmoins, un calcul analytique est suffisant pour déterminer le taux de restitution d'énergie critique Gc. Lorsque l'éprouvette est sollicitée par l'impact d'une bille d'acier projetée à 200m/s, l'équilibre mécanique n'est pas atteint au moment de la rupture. Nous avons eu recours a la simulation numérique par éléments finis pour interpréter nos essais. Les résultats de celle-ci sont en accord avec l'expérience et permettent donc le calcul de Gc. Il a également été montré que le joint collé est maintenant sollicité en mode II pur. L'ensemble de ces essais met en évidence une augmentation de la ténacité des jonctions collées avec la température et la vitesse

L’objectif du travail est le développement d'une méthode de prévision du comportement mécanique et de la rupture d'un joint colle avec un adhésif époxy modifié par des ajouts d'élastomère, en prenant compte l'influence de la contrainte hydrostatique et le comportement viscoplastique de cet adhésif. On cherche d'abord à déterminer la loi de comportement de l'adhésif. Ensuite la distribution des contraintes et déformations est calculée pour des joints à simple recouvrement et des joints colles bout à bout. Les résultats des calculs sont en bon accord avec les mesures expérimentales. Il subsiste toutefois un certain écart pour les joints colles bout à bout. Pour préciser les raisons de cette anomalie, les contraintes résiduelles sont calculées. On trouve qu'elles sont faibles. Il faut alors sans doute prendre en compte l'endommagement des joints. Les processus d'endommagement de l'adhésif ont été déterminés par des observations faites au microscope électronique à balayage sur des éprouvettes sollicitées in situ. Un modèle micromécanique permet d'introduire cet endommagement dans la loi de comportement de l'adhésif. Des observations in situ montrent que les endommagements aboutissent à la création d'une macrofissure aux extrémités des joints à simple recouvrement. Ces observations suggèrent l'utilisation d'un critère fondé sur l'intégrale J de Rice Cherepanov pour évaluer la résistance à la fissuration. Un calcul analytique approche, permet d'exprimer cette intégrale en fonction de la densité de déformation maximale dans l'adhésif. Un critère de valeur critique de cette intégrale permet de rendre compte correctement des résultats expérimentaux

Dans le cadre de la mécanique linéaire de la rupture, on détermine un critère d'amorçage en mode mixte dans un composite verre/époxyde. Les montages utilises sont DCB, ENF et MMB. Le rapport des modes obtenu a partir de la théorie des poutres est proche de celui qui utilise les valeurs expérimentales des complaisances. Le point d'amorçage correspondant au point de perte de linéarité de la courbe charge/déplacement est voisin de celui qui correspond au premier signal acoustique. On vérifie que le critère de délaminage est indépendant de l'épaisseur des éprouvettes. Suivant la même démarche, on recherche un critère pour un assemblage colle composite/composite. Ce critère est différent du précédent a cause des valeurs d'énergie d'amorçage plus élevées pour l'assemblage et de la stabilité atypique de ces essais. Enfin, une étude est menée sur la séparation des modes dans le cas d'une éprouvette asymétrique. Des essais de délaminage montrent qu'une approche qui prend en compte le champ de singularité au voisinage de la pointe de fissure est mieux adaptée qu'une approche du type théorie des poutres. Les expériences réalisées sur des assemblages acier/composite n'ont pas permis de trancher en faveur de l'une ou l'autre méthode

L'application de caoutchouc pour l'assemblage de composite est important dans industries automobiles et aéronautiques. Une technique nouvelle est discutée pour mesurer le taux de restitution d'énergie et la propagation du délaminage des assemblages exposés sous environnements agressifs. Un guide à dessiner et à appliquer est donné. Nous avons étudié le comportement en délaminage de deux assemblages du type double poutre sandwich encastrée (DCSB) (mode I) et double recouvrement (mode II). L’éprouvette DCSB offre une capacité de mesurer les énergies de rupture d'assemblage caoutchouc/composite. Cette éprouvette peut être analysée avec la mécanique linéaire et élastique de la rupture en raison de la dissipation viscoélastique de caoutchouc très réduite. On utilise l'intégrale j pour caractériser l'amorçage et le déploiement brutal d'une rupture dans du joint a double recouvrement soumis a des conditions de sollicitation de mode II. L’intégrale j représente l'énergie maximale stockée dans la couche de l'intercalaire en caoutchouc. Néanmoins, les valeurs obtenues par extrapolation montrent que l'énergie de rupture en mode II vaut à peu près le double de l'énergie en mode I

L’assemblage des matériaux composites par collage présente des avantages incontestés par rapport à d’autres méthodes telles que le boulonnage ou le rivetage. Cependant, la principale difficulté que rencontrent les concepteurs est celle de la prévision du niveau et du mode de rupture de ces collages. Dans le cas des composites stratifiés, un des facteurs influents sur le comportement des joints collés est la séquence d'empilement, mais les travaux présentés dans la littérature ne séparent pas les effets globaux (modification des rigidités de membrane et de flexion) et les effets locaux (orientation des plis au contact de la colle). La présente étude s'intéresse à la caractérisation de ces effets dans le cas de joints de type simple recouvrement de stratifiés carbone/epoxy. Pour isoler les effets locaux, des séquences d'empilement spécifiques quasi isotropes quasi homogènes sont utilisées. A propriétés de raideur globale égales, des différences de résistance de plus de 30% sont observées selon les séquences considérées. Les essais réalisés avec un stratifié symétrique anisotrope en flexion montrent également que la raideur en flexion joue un rôle important dans le comportement des joints. Les modèles analytiques utilisés prédisent les effets globaux avec une bonne précision mais sont inappropriés lorsque des phénomènes locaux se produisent. Une approche par éléments finis permet de prendre en compte ces phénomènes, en modélisant explicitement les plis au contact de la colle et en rendant possible le décollement interlaminaire de ces plis à l'aide d'un modèle de zone cohésive. Cette modélisation est mise en œuvre pour réaliser une étude paramétrique de la géométrie du joint et pour produire une enveloppe de rupture en fonction de la direction de sollicitation<br>Adhesive bonding of composite materials has undeniable advantages over other methods such as bolting or riveting. However, one of the difficulties encountered by designers is the prediction of the failure level and failure mode of these adhesively bonded assemblies. In the case of composite laminates, one of the factors acting on the bonded joint behaviour is the stacking sequence, but works presented in the literature do not separate global effects (membrane and bending stiffness modification) and local effect (ply orientation near the adhesive layer). This study deals with the characterization of such effects in the case of single lap joints of carbon/epoxy laminates. In order to isolate the local effects, specific quasi isotropic quasi homogeneous stacking sequences are used. When stiffness properties are maintained constant, strength variations of more than 30 % are observed. Tests performed with a symmetric laminate with bending anisotropy show that the bending stiffness plays also an important role in the joint behaviour. Closed form models are able to predict global effects with a good accuracy but are inappropriate when local effects occur. The use of finite element models can account for these phenomena, by explicitly modelling the laminate plies near the adhesive layer and introducing delamination between these plies with a cohesive zone model. This model is used to perform a parametric study of the joint geometry and to produce a failure envelope according to the orientation of the loading

Une approche par la Mécanique de la Rupture du comportement mécanique des joints collés a été retenue dans ce travail en privilégiant une approche non linéaire mettant en évidence les phénomènes d'endommagement se produisant dans l'adhésif avant la rupture de l'assemblage. Une étude numérique préalable a abouti à la détermination d'un spécimen d'essai produisant une fissuration stable des assemblages bois collés sous sollicitation d'ouverture ou de cisaillement. L'étude du comportement mécanique des adhésifs étudiés a montré qu'une observation de la rupture cohésive de l'assemblage peut être un bon moyen d'appréhender le comportement d'un adhésif sous la forme d'un joint de colle. Ce type de rupture est étudié à l'aide de diverses techniques expérimentales telles que suivi de la fissuration par acquisition et traitement d'images, photoélasticimétrie, analyse fractographique des surfaces fissurées et analyse DSC des adhésifs polymérisés. A la lumière de toutes ces observations expérimentales, une étude plus systématique a été menée afin de quantifier la sensibilité de l'adhésif à la sollicitation appliquée (ouverture ou cisaillement) ou à l'épaisseur du joint et de lier les grandeurs à rupture déterminées en fonction du type de rupture observé : cohésive, adhésive, dans l'interphase ou déviée dans le bois. Une modélisation du comportement mécanique des éprouvettes de colle massive puis des assemblages bois collés a ainsi été développée grâce au code de calcul Castem 2000. L'application d'un modèle d'endommagement diffus de l'adhésif (Smeared Crack Approach) dans la description des phénomènes expérimentalement observés permet une bonne simulation du comportement des éprouvettes de colle massive mais s'avère insuffisante dans le cas des assemblages bois collés. Toutefois, ce travail numérique permet d'identifier les mécanismes potentiels de rupture des joints collés fournissant ainsi un cadre plus rigoureux à des études ultérieures.

Cette thèse porte sur le développement d’un essai mécanique pour la caractérisation de l’adhérence d’une colle à un substrat. L’enjeu est d’étudier les différentes méthodes de la caractérisation de l’adhérence dans les assemblages collés et de pouvoir modéliser le comportement associé. La première partie de la thèse consiste en une étude bibliographique des essais mécaniques permettant de caractériser l’adhérence. Ceux-ci sont classés en distinguant les essais en propagation et ceux en initiation de rupture. Cet état de l’art fait ressortir l’intérêt de l’utilisation de l’essai de flexion 3 points et de butt joint pour cette étude. La seconde partie de la thèse présente les différents matériaux utilisés et les différents traitements de surface permettant de faire varier l’adhésion des adhésifs au substrat. La troisième partie présente le cœur de ces travaux de thèse qui est l’essai de flexion 3 points. L’étude montre que cet essai de flexion 3 points permet, avec les adhésifs de l’étude, d’initier systématiquement une rupture adhésive localisable à la surface du substrat. Une approche énergétique a permis de déterminer un critère d’adhérence indépendant des paramètres physiques des matériaux et des dimensions de l’éprouvette. D’autre part, il a été montré que plus l’épaisseur du substrat est fine, plus les résultats de mesure de l’adhérence sont précis. Enfin, une quatrième partie s’attèle à la modélisation numérique par la méthode des éléments finis. Les résultats obtenus montrent que la contrainte d’ouverture en mode I est celle qui initie la rupture. En conclusion, l’essai de flexion 3 points permet de mesurer l’énergie d’initiation de rupture adhésive<br>This thesis deals with the development of a mechanical test for the characterization of the practical adhesion of an adhesive to a substrate. The aim is to study the different methods of characterization of the adhesive strength in bonded joints and to model the associated behaviour. The first part of the thesis consists of a bibliographic study of the mechanical tests to characterize this adhesive strength. These tests are classified by distinguishing them in propagation or in initiation of rupture. This state of the art demonstrates the advantage of using the 3-point bending and the butt joint tests for this study. The second part of the thesis presents the different materials and the various surface treatments used to vary the adhesion of adhesives to the substrate. The third part presents the core of this thesis work which is the 3-point bending test. The study shows that this 3-point bending test leads systematically to initiate a localizable adhesive rupture on the surface of the substrate, at least for the adhesives used in our study. An energy approach of the test allows to determine an adhesion criterion independent of the physical parameters of the materials and dimensions of the specimen. On the other hand, it has been shown that the thinner the substrate, the more precise the results of the adhesive strength. Finally, a fourth part is devoted to numerical modelling by the finite element method. The results obtained show that opening constraint in mode I is that which controls the rupture. In conclusion, the 3-point bending test clearly allows to measure the energy of the adhesive rupture initiation

L’assemblage par collage est une technique de plus en plus utilisée dans les industries aéronautique, aérospatiale et médicale. L’étude des assemblages est d’une grande importance et nécessite le développement de techniques de contrôle des performances, autant au niveau mécanique, que physico-chimique. Dans cette étude nous abordons plusieurs problématiques liées au collage. La première approche est purement mécanique, avec la mise au point d’un essai à simple levier ou « Single Cantilever Beam adhesion test » (SCB), variante du « Wedge test » dans lequel une charge constante est appliquée a une extremité libre d’un adhérent causant un moment de flexion nécessaire à la rupture du joint. A travers cet essai, différents phénomènes (pré-fissuration, plasticité, …) on été observés et traités afin d’analyser les énergies de ruptures dans le joint de colle.L’une des préoccupations majeures, et seconde approche de ce projet sur l’étude des assemblages collés, est le vieillissement humide. Les effets du vieillissement sont analysés par SCB. La compréhension du vieillissement doit passer par une meilleure connaissance de la cinétique de diffusion, une technique d’impédancemétrie, dérivée de l’électrochimie, est donc proposée pour analyser la prise d’eau dans le joint collé. L’atout de cette dernière technique est de donner accès à la cinétique de diffusion in situ et dans des géométries proches des échantillons utilisés lors des essais mécaniques<br>Structural adhesives are increasingly used in the aeronautics, aerospace and medical industrie, leading to the necessity to develop new tools for the assessment of adhesives, both mechanically and physico-chemically.This study deals with two types of technique to quantify the durability of adhesive joints. The first approach is purely mechanical. We adopt a Single Cantilever Beam adhesion test (SCB) in which a constant load is applied at the free end of a flexible beam, leading to a couple inducing fracture of the adhesive joint. From this test, different phenomena have been observed (pre-crack behaviour, plasticity, ...), analysed and quantified, to give a better appraisal of adhesive fracture.The second approach deals with adhesive ageing in water. The characterisation of water diffusion is of prime importance in many practical situations. A technique of impedancemetry, based on electrochemical techniques, is applied to the characterisation of diffusion and absorption properties of adhesives. A major asset of this technique is to be able to follow diffusion measurement in situ

L'utilisation des goujons collés dans les structures bois répond au souci de conservation du bâti et de discrétion de l'intervention. A ce jour, plusieurs procédés de caractérisation et de dimensionnement sont disponibles, sans pour autant donner un socle commun à l'évaluation de la résistance des assemblages collés. L'utilisation des goujons collés suscite des interrogations concernant leur tenue au feu. Bien que le matériau bois entourant les tiges de renforcement soit isolant, il est nécessaire de fournir de plus amples estimations concernant la tenue mécanique des polymères pour différentes températures que l'on pourrait trouver au sein d'une liaison au cours d'un incendie. La présente étude permet de coupler méthodes expérimentales et simulations numériques, afin d'appréhender les mécanismes gouvernant la rupture de ces assemblages. La caractérisation expérimentale permet d'estimer les propriétés mécaniques locales des assemblages suivant divers paramètres (les longueurs de scellement, l'orientation du fil du bois, l'essence de bois, ou encore la température d'exposition), ainsi que les propriétés intrinsèques aux matériaux constitutifs. Cette base de données expérimentale est indispensable pour l'ajustement du modèle aux éléments finis en élasticité linéaire. L'approche numérique met en évidence une présence importante de contraintes normales en tête de collage, avant l'apparition de contraintes de cisaillement. Les outils de la Mécanique Linéaire Élastique de la Rupture équivalente permettent d'établir des courbes de résistance liées à chaque mode de ruine (mode I et mode II). Enfin, afin de décrire précisément le processus complet de rupture de ces assemblages, un critère de rupture en mode mixte (mode I et mode II) est utilisé. Une formulation analytique permettant d'estimer la charge au pic est proposée et permettra la réalisation d'abaques de dimensionnement des assemblages par goujons collés, utilisables en bureau d'études.