Dissertations / Theses: 'Composites – Propriétés thermomécaniques – Prévision'

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Soro, Julien. "Elaboration par coulage en bande et caractérisation de composites fibreux à matrice à base de ciment alumineux." Limoges, 2005. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/277b6612-aad6-4cc7-b012-240bd5893755/blobholder:0/2005LIMO0003.pdf.

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Abstract:

Pour des applications « grand public », correspondant à des besoins en matériaux susceptibles de présenter des performances thermomécaniques intéressantes à des températures de l’ordre de 1200°C, un programme de recherche a été entrepris pour appliquer la technique de coulage en bande à des matériaux de grande diffusion : les ciments alumineux (SECAR 71 – Lafarge-Alumitnates). L'objectif est de fabriquer des matériaux composites à matrice minérale de faible coût, renforcée avec des fibres en configuration 1D ou 2D à plis croisés, pouvant être utilisés en atmosphère oxydante. Les résultats obtenus montrent qu’il est possible de réaliser, par la technique de coulage en bande, des composites à matrice à liaison hydraulique renforcée par des fibres céramiques, présentant un comportement non fragile et conservant un bon niveau de résistance à la rupture après déshydratation For "large public" utilisation, corresponding to materials with good thermo-mechanical properties at temperatures about 1200°C, a research program was undertaken to apply the tape casting method in to great diffusion materials such as aluminous cements (SECAR 71 – Lafarge-Alumitnates). The object is to manufacture composite materials with low cost mineral matrix reinforced with fibres in 1D or 2D configuration, which can be used in oxidizing atmosphere. The results we have obtained, show that it is possible to make by tape casting, composites with hydraulic binder matrix reinforced by ceramic fibres, presenting a non-fragile behaviour and preserving a good level of rupture strength after dehydration

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Dariol, Ludovic. "Recherche et mise au point d'interphases non-oxydables pour améliorer le comportement thermomécanique des composites SiC/MAS-L." Montpellier 2, 1999. http://www.theses.fr/1999MON20201.

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Abstract:

Le composite sic/mas-l a fibres de carbure de silicium nicalon nlm 202 et a matrice vitroceramique mas-l (0. 5li 2o, 0. 5mgo, al 2o 3, 4sio 2) est developpe en vue d'une utilisation prolongee en atmosphere oxydante a moyenne temperature (500-1200\c). Dans cet environnement, son interphase naturelle de carbone s'oxyde rapidement et est a l'origine de la fragilisation du materiau. Pour permettre au composite de conserver ses proprietes d'endommagement, un concept d'interphase poreuse est propose. L'interphase mise au point est un oxyde de composition proche de la matrice mas-l (mgo, 1. 9al 2o 3, 3. 1sio 2) depose par voie-sol-gel en continu. La nature du depot et l'ajout de noirs de carbone dans sa composition permet de generer de la porosite pendant l'elaboration par frittage sous charge du composite. Des essais en flexion 4 points en fonction de la temperature a permis d'evaluer l'efficacite de l'interphase. La caracterisation des proprietes interfaciales par des essais de micro-indentation couples a une etude par microscopie electronique en transmission montrent que l'interphase permet de devier les fissures matricielles et conferent au composite sic/mas-l un comportement non-fragile.

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Thebaud, Frédéric. "Vers l'introduction de l'endommagement dans la prévision globale du comportement de composites à matrice métallique." Palaiseau, Ecole polytechnique, 1993. http://www.theses.fr/1993EPXX0016.

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Abstract:

Du fait de bonnes caracteristiques mecaniques specifiques, les composites a matrice base aluminium renforts particulaires de ceramique sont un materiau industriellement interessant, mais leur heterogeneite conduit a des localisations d'endommagement et a une macrofragilite dommageable a leur sécurité d'emploi. Utiliser l'interface comme fusible mécanique a semble une voie prometteuse. Apres une analyse bibliographique du concept interface/interphase, nous intégrons les conditions inter faciales imparfaites linéaires redémontrées a deux voies courantes d'homogénéisation, le modèle trois phases et la méthode des éléments finis a hypothèses périodiques, compares sur un plan fondamental. Un modèle thermodynamique de dégradation des caractéristiques inter faciales conduit a des résultats s'écartant de la réalité expérimentale, du fait de l'endommagement simultané de toutes les interfaces. Des campagnes expérimentales sur des composites extrudes a interfaces de force variable révèlent, grâce a des tractions in situ en meb, différents comportements locaux des interfaces, et démontrent l'importance technologique de la tolérance de la matrice aux défauts. Nous observons des comportements différents par zones, qui nous suggérons une méthode d'homogénéisation à deux niveaux. La première étape calcule, par éléments finis, la courbe de traction elasto-plastique d'un élément de volume représentatif (une zone) sain ou endommage. La seconde les intègre par le schéma autocoherent au sein d'un mélange dont la réponse est celle du matériau expérimental réel. Nous déduisons ainsi la fraction de matériau endommage présente dans le composite, et confrontons nos prévisions à la réalité par des comptages. Enfin, nous discutons de la valeur du modèle en analysant sa sensibilité aux paramètres, et menons en même temps une réflexion sur les critères de fin de vie du composite, tentant de dégager des règles simples pour l'optimisation des matériaux futurs

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Cledat-Schneider, Sandrine. "Elaboration et propriétés de composites particulaires AlN-TiB2." Limoges, 1997. http://www.theses.fr/1997LIMO0028.

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Abstract:

Dans le but d'evaluer puis d'optimiser leurs proprietes, des composites ceramiques particulaires aln-tib#2 denses (d#r>99 %) ont ete elabores, sans utilisation d'ajout de frittage, par compression isostatique a chaud de melanges de poudres de nitrure aln et de borure tib#2. L'etude des proprietes thermomecaniques et elastiques a permis de selectionner une composition (tib#2 : 75 mol. % ; aln : 25 mol. %) presentant a l'ambiante des caracteristiques mecaniques optimales. L'utilisation de poudres commerciales de plus faible granulometrie ameliore la resistance a la rupture a l'ambiante et la valeur de 620 mpa est conservee jusqu'a 1100c. Le comportement au fluage en flexion de ce materiau est gouverne par la cavitation. La tenue aux chocs thermiques est toutefois limitee a 340c. La seconde partie concerne l'elaboration d'un composite equimolaire aln-tib#2 dense par reaction exothermique entre une poudre de diborure d'aluminium alb#2 et une poudre de nitrure de titane tin, puis densification. La microstructure est fine et homogene, la taille des grains n'excede pas le micrometre. Les proprietes sont tres faiblement ameliorees par rapport au cas precedent. Enfin, la reactivite des materiaux monolithiques aln et tib#2 et celle du composite equimolaire aln-tib#2 ont ete etudiees par analyse thermogravimetrique en regime dynamique d'oxygene. Le composite equimolaire presente une resistance a l'oxydation intermediaire entre celle du diborure de titane qui debute a 700c et celle du nitrure d'aluminium qui commence a 1000c par la formation d'une phase oxynitrure (al#1#0n#8o#3) precedant celle de l'alumine-. Le piegeage in situ d'une partie de l'oxyde b#2o#3 par le nitrure d'aluminium ou l'alumine conduit a la formation d'aluminoborates al#4b#2o#9 et al#1#8b#4o#3#3, ce qui diminue tres fortement la production des vapeurs corrosives de sesquioxyde de bore qui, dans le cas du borure pur, sont observees des 900c.

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Shi, Huiji. "Etude en fatigue thermomécanique sur un acier inoxydable : réalisation d'essais et prévision de la durée de vie du matériau." Metz, 1992. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/UPV-M/Theses/1992/Shi.Huiji.SMZ9214.pdf.

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Abstract:

Les essais de fatigue thermomécanique, sous amplitudes de déformation totale imposée, ont été effectués sur un acier inoxydable 316L. A l'aide d'un micro-ordinateur, on réalise la superposition des cycles mécaniques et thermiques, hors phase et en phase. La variation de température est contrôlée sur deux intervalles, 250c-500c et 250c-650c, avec la même forme de cycle mécanique. La vitesse de déformation est 0,0001/s et les amplitudes de déformation imposée sont comprises entre 1,0% et 2. 4%. Une simulation de la réponse contrainte-déformation en fatigue thermomécanique au cycle stabilisé a été réalisée à partir de la loi de comportement à écrouissage cinématique à différentes températures et avec les données issues de la fatigue isotherme. Dans cette simulation la fonction de cycle thermique est considérée comme une variable interne. La boucle d'hystéresis calculée par cette méthode s'accorde bien avec celle obtenue experimentalement. D'après l'obtention de la simulation, un modèle d'endommagement associé à la densité d'énergie dissipée équivalente est établi pour prédire la durée de vie du matériau en fatigue thermomécanique. L'endommagement par cycle est apporté au cycle stabilisé et le cumul d'endommagement est considéré linéaire. L'influence de la variation de température est introduite par le biais du facteur d'endommagement de température. La prévision de la durée de vie en fatigue thermomécanique en phase et hors phase sur l'acier 316L avec notre méthode donne des résultats satisfaisants et proches des données expérimentales Low cycle thermal mechanical fatigue tests were carried out on 316L stainless steel specimens. These tests were automatically controlled by a micro computer which permits to realize the superposition of thermal and mechanical cycles with the waveforms of out-of-phase and in-phase. Two temperature ranges (250° C-500°C and 250°C-650°C) of thermal cycling were controlled with the same waveform as the mechanical cycling. Both types of tests (in-phase and out-of-phase) were conducted at the same strain rate of 0,0001/s. The total strain range were realized from 1,0% to 2,4%. To predict the lifetime of components submitted to thermal mechanical fatigue, first the stress strain response of the material in stabilized cycles was simulated by a non linear kinematic hardening model. An internal variable was introduced into this model in order to describe the thermal cycling effect. With isothermal fatigue data this kinematic hardening model using three parameters depending on temperature and plastic strain range can correctly yields a very good approximation of hysteresis loop for low cycle thermal mechanical fatigue. To describe the influence of the variable tempetature on damage in thermal mechanical fatigue, a temperature damage factor was introduced. To study the fatigue damage process, a typical stabilized hysteresis loop of thermal mechanical cycling is considered to be the combination of great deal of parts, each of them corresponding to a given temperature, and a linear damage model based on the total strain energy density is supposed. This method using the isothermal fatigue data gives satisfactory results for thermal mechanical fatigue life prediction

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Guichard, Bryan. "Renforcement thermomécanique et amélioration des propriétés barrière aux essences du HDPE par des approches (nano)composites." Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSE1031/document.

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Abstract:

Depuis quelques années, les polyoléfines et en particulier le Polyéthylène présentent un intérêt économique qui se traduit par un marché en croissance constante. Cependant, il est souvent nécessaire d’améliorer leurs propriétés d’usage notamment pour des problématiques liées à l’industrie automobile. Dans ce contexte, une amélioration des propriétés thermomécaniques et barrière aux vapeurs et liquides du Polyéthylène sur une gamme de température étendue constitue un nouveau challenge scientifique et environnemental. Dans cette étude, nous avons tout d’abord étudié l’impact de charges inorganiques et d’un recuit à 125°C sous air sur les propriétés thermomécaniques d’un HDPE. Le deuxième axe de recherche s’est concentré sur l’amélioration des propriétés barrière aux essences de ce polymère en favorisant les charges lamellaires pour leur haut facteur de forme induisant un effet de tortuosité élevé. L’impact de ce type de charges sur les phénomènes de sorption et d’extraction a été étudié dans le but de définir une formulation à base HDPE optimale pour limiter la perte physique d’oligomères et d’antioxydants. Le but de ces travaux étant de mieux comprendre les différents mécanismes mis en jeu, nous avons cherché à établir les relations Structure / Morphologie / Propriétés pour les deux axes d’étude développés In the recent years, the use of polyolefin and especially Polyethylene are of economic interest resulting in a growing attention concerning the improvement of its properties of use, especially for automotive application. In this context, the reinforcement of its thermomechanical properties and the improvement of its barrier properties to different fuels over an extended temperature range constitute a major scientific and environmental challenge. In this study, we first decided to analyze the impact of silica particles and of an annealing at 125°C under air atmosphere on thermomechanical properties of a HDPE. The second area of research was focused on the improvement of its barrier properties to fuels by the addition of lamellar charges known for their high aspect ratio inducing a tortuosity effect. The impact of these particles on sorption and extraction phenomena was also studied to determine an optimal HDPE-based formulation in order to limit the physical loss of oligomers and antioxidants. The guideline of this project was the determination of Structure / Morphology / Properties relationships to have a better understanding of the involved mechanisms

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Desmarres, Jean-Michel. "Composites à matrice Si(3)N(4) et Trichites SiC : élaboration, comportement à l'oxydation, propriétés thermomécaniques." Limoges, 1989. http://www.theses.fr/1989LIMOA002.

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Gaudon, Alain. "Etude expérimentale et numérique de la résistance aux chocs thermiques de céramiques thermomécaniques." Toulouse 3, 1993. http://www.theses.fr/1993TOU30252.

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Abstract:

L'utilisation des ceramiques techniques dans des structures soumises a des sollicitations thermomecaniques necessite la connaissance du comportement de ces materiaux face a une charge thermique exceptionnelle: le choc thermique. Apres une etude bibliographique prealable, un banc d'essai a ete construit. Celui-ci permet de generer un choc thermique par trempe a l'eau d'un echantillon prealablement chauffe dans un four. Il permet egalement l'acquisition numerique des temperatures lors de la trempe. Enfin il est equipe de hublots grace auxquels les phenomenes apparaissant lors de la trempe peuvent etre observes et filmes en ultra-cinema. L'analyse de tels films permet de mettre en evidence les differents phenomenes d'ebullition apparaissant lors de la trempe dans de l'eau a differentes temperatures (20c-100c) et de leur associer, par l'intermediaire d'un calcul numerique utilisant la technique des differences finies, le coefficient d'echange superficiel de chaleur correspondant. Une phase transitoire entre le debut du choc et l'etablissement d'un regime d'ebullition a ete mise en evidence. L'evaluation des etats de contrainte dans l'echantillon a ete realisee grace a un calcul thermomecanique utilisant la methode des elements finis (code de calcul samcef). Un calcul de probabilite de rupture utilisant les hypotheses formulees par weibull permet d'acceder a la probabilite de rupture en fonction du temps. Une etude experimentale a ensuite ete conduite sur du carbure de silicium puis sur un composite a matrice ceramique de type sic/sic. La determination de l'ecart critique de temperature (ecart minimal entre la temperature initiale de la piece et celle du bac de trempe pour lequel apparait une degradation de l'echantillon) pour le sic en fonction de la temperature du bain de trempe a permis de confirmer les resultats des calculs precedents. Les eprouvettes en sic/sic ont ete choquees thermiquement puis soumises a un essai de traction impose. L'augmentation de l'ecart de temperatures provoque une diminution du coefficient de proportionnalite. Des observations micrographiques au microscope electronique a balayage ont mis en evidence des fissures a travers les torons de fibres et une degradation des interfaces fibre-matrice localisee en peripherie de l'echantillon

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Lostec, Lionel. "Elaboration par coulage en bande et caractérisation microstructurale et mécanique de composites SiC-MAS-L." Limoges, 1997. http://www.theses.fr/1997LIMO0006.

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Abstract:

Les proprietes thermomecaniques d'un composite fibreux a matrice ceramique sont largement dependantes de sa texture et de sa microstructure. En particulier, l'existence d'une porosite matricielle au sein des torons de fibres peut influencer la propagation de microfissures et donc la rupture du composite sous contrainte de traction. L'utilisation du coulage en bande comme procede de mise en forme des cmc permet d'accroitre l'homogeneite intra et extra-toron des plis preimpregnes et donc des composites apres frittage sous charge. Cette technique de mise en forme a ete appliquee avec succes aux composites a fibres si-c-o et matrice mas-l, fabriques par ailleurs par l'aerospatiale selon un procede classique d'infiltration en barbotine et d'enroulement filamentaire. Apres traitement thermique vers 750 c et broyage, les particules de mas-l possedent les proprietes chimiques (nature de la surface) et physiques (granulometrie et surface specifique) adaptees a l'impregnation des torons de fibres par coulage en bande. La definition de la composition de coulage et l'etude du comportement rheologique de la barbotine conduisent a un taux d'impregnation proche de 100 % et un degre d'homogeneite eleve a l'interieur meme des torons de fibres. L'optimisation des conditions de thermocompression permet d'accroitre la densite en cru des composites. Des plaques de matrice mas-l sont fabriquees dans les memes conditions. La caracterisation de la matrice et des composites ainsi realise a ete entreprise sur le plan microstructural et mecanique, a temperature ambiante et au cours de traitement isothermes jusqu'a 1100c sous differentes atmospheres. Une technique ultrasonore a permis de suivre les variations du module d'elasticite de la matrice d'une part, et des composites d'autre part le comportement a haute temperature des composites est different selon l'atmosphere. Il a ete interprete sur la base des evolutions microstructurales de la matrice et de reactions chimiques a l'interface fibre/matrice mettant en jeu la fibre, la matrice et l'interphase fibre/matrice.

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Durieux, Sylvain. "Contribution à l'étude des propriétés thermo-mécaniques de composites à matrice métallique à renforts particulaires." Lyon, INSA, 1998. http://www.theses.fr/1998ISAL0096.

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Abstract:

Ce travail de thèse est destiné à apporter une contribution à la compréhension des mécanismes régissant le comportement thermo-mécanique des composites à matrice métallique. En particulier, les relations entre la mésostructure et les comportements mécanique et thermo-mécanique du composite étudié sont mises en évidence. Cette étude est articulée autour de quatre axe de recherche principaux : une caractérisation fine, d'une part, de la mésostructure qui met en évidence une orientation privilégiée des renforts liée au process d'élaboration du matériau, et d'autre part, de la microstructure qui permet d'identifier les acteurs agissant à l'échelle microscopique sur le comportement visco-plastique de la matrice; une étude des comportements élastique et micro-plastique du composite. La relation entre l'isotropie transverse des constantes d'élasticité et l'orientation privilégiée des renforts est ainsi clairement démontrée, à la fois expérimentalement et analytiquement au moyen de modèles de comportement (Mori/Tanaka et Ponte Castaneda/ Willis). Le comportement micro-plastique permet, par l'intermédiaire d'une méthode d'analyse développée au laboratoire, de caractériser, d'une part, \es champs de contrainte résiduels dus à \'élaboration du composite, et d'autre part, la limite d'écouleront locale de la matrice ; une caractérisation du comportement du composite sous une sollicitation thermo-mécanique qui montre une accélération de la vitesse de déformation en cyclage thermique sous charge par rapport au fluage isotherme. L'effet des caractéristiques de la sollicitation thermo-mécanique sur la déformation est étudié de manière approfondie. En outre, des observations de l'endommagement après un grand nombre de cycles thermiques sous charge sont présentés et permettent d'identifier les mécanismes d'amorçage; une analyse théorique des différents résultats expérimentaux, basée sur l'étude des champs de contrainte générés par les incompatibilités de déformation entre la matrice et les renforts, qui montre que l'accélération de la déformation en cyclage a pour origine les processus d'accommodation plastique qui agissent à l'échelle microscopique. Nous présentons en outre une analyse des mécanismes d'amorçage de l'endommagement, qui ouvre la voie au développement d'une méthode de prédiction de la durée de vie du composite en cyclage thermique sous charge This thesis work is a contribution for understanding the mechanisms which govern the thermo-mechanical behaviour of a metal matrix composite. Namely, the relations between the mesostructure and the mechanical and thermo-mechanical behaviours of the studied composite are shown. This study is based on four major research axes : a fine characterisation, first, of the mesostructure, which points out a preferential orientation of reinforcement linked to the elaboration process of the material and, second, of the microstructure, which allows to identify the phenomena acting at the microstructural scale on the visco-plastic behaviour of the matrix ; a study of elastic and micro-plastic behaviours of the composite. The relation between the transversal isotropy of elastic constants and the preferential orientation of reinforcement is clearly shown, both experimentally and analytically through behaviour models (Mari/Tanaka and Ponte-Castaneda/Willis). The micro-plastic behaviour allows. Through an analysis method developed at the laboratory, to characterise, first, the residual stress fields due to the composite elaboration and, second, the local yield stress of the matrix ; a characterisation of the therrno-mechanical behaviour of the composite which shows an enhancement of the thermal cycling strain rate with respect to isothermal creep. The effects of the thermo-mechanical parameters on the strain are deeply studied. Observations of damage after numerous thermal cycles under load, are presented and allow to identify the initiation mechanisms; a theoretic analysis of experimental results, based on the study of stress fields generated by strain incompatibilities between matrix and reinforcement, which shows that the strain enhancement during thermal cycling is originated by the plastic accommodations processing acting at microstructural scale. Besides, an analysis of the damage initiation mechanisms is presented, which initiates the development of a life length prediction during thermal cycling under load

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Lanfant, Briac. "Élaboration et étude des propriétés thermomécaniques de composites à matrice SiC nanostructurée renforcée par des nanotubes de carbone." Thesis, Paris 11, 2014. http://www.theses.fr/2014PA112275/document.

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Abstract:

Le carbure de silicium (SiC), grâce à sa légèreté, son caractère réfractaire, sa tolérance à l’oxydation et sa faible absorption des neutrons, constitue un candidat intéressant pour des applications comme l’aéronautique, l’aérospatiale ou le nucléaire du futur. Cependant, son comportement fragile est un inconvénient majeur qu’il convient de dépasser pour ces applications. La réduction de la taille des grains à une échelle nanométrique pourrait contribuer à améliorer son comportement mécanique pour être utilisé sous forme monolithique, en tant que revêtement ou bien encore en tant que matrice dans un compositeCette thèse s’inscrit dans ce contexte, et s’intéresse à l’élaboration et à l’étude des propriétés thermomécaniques de composites à matrice SiC nanostructurée renforcée par des nanotubes de carbone. Dans un premier temps les travaux se sont portés sur l’élaboration et l’étude de l’effet de la nanostructuration de la matrice seule de SiC frittée sans ajout de frittage. Des échantillons nanostructurés (taille moyenne des grains de 100 nm) et denses à plus de 95,5% ont été obtenus grâce à la mise en place d’un procédé de dispersion efficace et à l’étude des effets des paramètres de frittage. Associés à ces hautes densités, de très bonnes duretés (jusqu’à 2200 Hv) et des ténacités convenables (3,0 MPa.m1/2) ont été atteintes. Ces travaux ont également montré l’importance primordiale de l’effet de polluants fréquemment rencontrés dans les poudres (oxygène et carbone) sur la microstructure et les propriétés mécaniques du SiC. Si l’oxygène, présent sous forme de silice ou d’oxycarbure de silicium semble favoriser les mécanismes de densification, un excès de carbone libre (3,5%m) provoque au contraire une diminution de la taille des grains et des densités. Les propriétés mécaniques (950 Hv et 2,4 MPa.m1/2) sont également sensiblement affectées. Une telle dégradation est expliquée par la localisation spécifique du carbone structuré entre les grains de SiC. La deuxième partie des travaux s’est concentrée sur l’ajout de Nanotubes de Carbone (NTC) dans la matrice SiC nanostructurée dans le but d’améliorer les propriétés mécaniques et de compenser la forte réduction de la conductivité thermique, détériorée par l’augmentation importante de la densité de joints de grains. Des crus chargés jusqu’à 5%m en NTC individualisés et répartis de façon homogène ont été réalisés. De manière similaire au carbone libre, la localisation spécifique des NTC cause une diminution de la taille des grains. L’établissement d’un réseau de percolation de NTC au-dessus de 1%m, associé à la méthode de frittage non conventionnel SPS, permet cependant d’améliorer les densités jusqu’à 97%. L’apport de NTC contribue également à l’obtention de dureté (jusqu’à 2550 Hv) et de ténacité (4,0 MPa.m1/2) plus élevées. Malgré les bonnes propriétés thermiques des NTC, l’augmentation de la densité des joints de grains amoindrit la conductivité thermique de nos composites Ceramic carbides materials such as SiC, due to their refractory nature and their low neutron absorption are believed to be promising candidates for high temperature nuclear or aerospace applications. However, SiC brittleness has limited its structural application. In this context this work examines in a first part the possibilities to perform dense nanostructured SiC matrix by SPS without the use of sintering additive. Indeed a reduction of grain size (below 100 nm) accompanied by a high final density seem to be the solutions to counteract the brittleness and thus to improve mechanical properties. Dense (95%) and nanostructured (grain size around 100 nm) SiC samples were obtained thanks to the realization of an effective dispersion technique and the study on the sintering parameters effect. High hardness (2200 Hv) and decent fracture toughness (3.0 MPa.m1/2) were achieved. This first work also showed the preponderant influence of recurrent pollutants (oxygen and carbon) found in SiC powders on the final microstructure and mechanical properties of sintered samples. The oxygen as silica or silicon oxycarbide seems to promote densification mechanisms while free carbon (3.5%wt) causes lower grain size and densification state. Mechanical properties with carbon are also negatively impacted (950 Hv and 2.4 MPa.m1/2). Such degradation is due by the specific localization of carbon structure between the grains. In return of the expected mechanical properties improvement by reducing the grain size, the thermal conductivity is drastically decrease of due to the phonon scattering at the grain boundaries. With the aim of reducing this effect, a second study was initiated by introducing multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) into the SiC matrix. The MWCNTs by exhibiting a high toughness could also help to enhance the mechanical properties. Green bodies with different amounts of well dispersed MWCNTs (0%wt to 5%wt) were realized. Like free carbon, MWCNTs are located between the grains and induce a reduction of grain size. However the appearance of CNTs percolation for an amount above 1%wt, with the SPS sintering technique, allows an improvement of densification up to 97%. Hardness (up to 2550 Hv) and fracture toughness (4.0 MPa.m1/2) are also achieved with the SiC/NTC composites. Despite the good thermal properties of MWCNTs, the increase of grain boundary decreases the thermal conductivity of these composites

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Benseddiq, Noureddine. "Optimisation des garnitures composites pour freins à disques ferroviaires." Lille 1, 1997. http://www.theses.fr/1997LIL10076.

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Abstract:

Les limites actuelles des freins à disques ferroviaires sont principalement issues des échauffements considérables en surface des matériaux de friction. Ce travail a pour objet de présenter une optimisation de la structure et de la forme d'une garniture de frein, dans le but d'améliorer le contact frottant et par conséquence de réduire les températures et les gradients thermiques correspondants. Cette démarche fait suite à la mise au point d'un algorithme de simulation du comportement thermomécanique des freins a disques, base sur l'enchaînement d'une résolution thermique et thermomécanique avec la résolution du problème de contact et la prise en compte du phénomène d'usure. L'incidence de l'optimisation sur les échauffements est quantifiée ainsi que sur les propriétés tribologies : l'usure globale du disque et de la garniture ainsi que le coefficient de frottement. La mesure de température par thermographie infrarouge sur l'objet tournant, a permis de valider les modèles élaborés.

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Moncel, Laurence. "Etude des mécanismes d'endommagement d'un assemblage cuivre/composite carbone-carbone sous chargement thermomécanique." Bordeaux 1, 1999. http://www.theses.fr/1999BOR10558.

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Abstract:

L'objectif de cette these est de comprendre et d'identifier les mecanismes d'endommagement d'un assemblage composite carbone - carbone / cuivre sous chargement thermomecanique. L'etude du composite a permis l'elaboration de modeles de comportement non-lineaires. Ceux-ci ont ete implantes dans le code de calcul par elements finis castem2000. Ils ont ete valides lors d'une correlation avec des essais mecaniques realises sur des eprouvettes multi-materiaux. Ces essais ont egalement permis de mieux comprendre le comportement de la liaison composite / cuivre (modes d'endommagement et de rupture a plusieurs temperatures) sous sollicitation de traction et de cisaillement. Lors d'analyses d'essais de cyclage thermique par observations microscopiques, les mecanismes d'endommagement de l'assemblage sous chargement thermomecanique ont ete etudies et identifies. Ils se caracterisent par l'apparition de fissures macroscopiques au sein du composite, proches de l'interface avec le cuivre. La qualite de la correlation essais / simulation a progresse grace a la prise en compte des contraintes residuelles de fabrication, l'amelioration de la modelisation des materiaux en jeu et les resultats des essais mecaniques (caracterisation de la liaison composite / cuivre).

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Louisy, Elodie. "Synthèse de composites à matrice polylactide par procédé RTM (Resin Transfer Molding)." Electronic Thesis or Diss., Université de Lille (2018-2021), 2019. http://www.theses.fr/2019LILUR037.

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Abstract:

Cette étude concerne l’élaboration de composites à matrice polylactide par procédé RTM (Resin Transfer Molding). Elle se focalise sur la polymérisation par ouverture de cycle (POC) in situ, du L-lactide, en procédé RTM avec comme objectif d’obtenir en une seule étape de synthèse, un composite présentant une matrice biosourcée, biodégradable et biocompatible, avec une bonne imprégnation des fibres par la matrice pour un taux de renfort élevé. Dans un premier temps, des essais préliminaires de polymérisation en masse (sans solvant) du L-lactide en ballon à l’échelle du gramme et en l’absence de renfort ont été réalisés. Ces expériences ont permis de déterminer les conditions initiales permettant l’obtention de matrices PLLA présentant le moins de L-lactide résiduel possible (conversions supérieures à 90 %) et les masses molaires les plus élevées (Mn = 70 000 - 100 000 g.mol-1). Ces caractéristiques sont en effet primordiales pour avoir des propriétés thermomécaniques optimales de la matrice PLLA et adaptées à des applications composites. Cette étude a été suivie d’essais de polymérisation, toujours à l’échelle du gramme, en présence de fibres de différentes natures afin d’étudier leur influence sur la polymérisation, les fibres présentant le moins d’influence étant les fibres de verre tissées (conversion et masses molaires supérieures à 90 % et 70 000 g.mol-1, respectivement). Les conditions expérimentales déterminées précédemment ont été transposées et ajustées pour l’élaboration, en procédé RTM, de composites polylactide/fibres de verre par polymérisation du L-lactide catalysée par l’octanoate d’étain. L’optimisation du procédé RTM a été réalisé en faisant varier la masse de monomère, la concentration en catalyseur, la quantité de fibres, le mode de chauffe de la cuve, la pression d’injection et la pression et température dans le moule. Les propriétés physico-chimiques et mécaniques de composites obtenus ont été également étudiées. Les composites obtenus présentent des conversions de plus de 95 % et des masses molaires pouvant atteindre 80 000 g.mol-1. Les conditions RTM n’influencent pas les propriétés thermiques (Tg = 50 °C ; Tf = 170 °C) et structurales (cristallisation en phase α) du polylactide matricielle. De plus les résistances à la traction et modules d’Young des composites PLLA/fibres de verre peuvent atteindre les 200 MPa et 6 GPa respectivement. La dernière partie concerne l’élaboration de composites à matrice PLLA par procédé RTM en présence de catalyseurs présentant une plus faible toxicité, afin de remplacer l’octanoate d’étain, catalyseur de référence pour la polymérisation du L-lactide qui présente cependant une certaine toxicité et qui pourrait dans un futur proche être proscrit des procédés industriels. Des catalyseurs à base de titane, zinc, magnésium et calcium ont ainsi été étudiés, mais seul le catalyseur de zinc conduit à un matériau satisfaisant pour une application composite (conversion supérieure à 90 % et Mn supérieure à 30 000 g.mol-1), bien que les propriétés mécaniques résultantes soient inférieures à celles obtenues avec le catalyseur d’étain (σ = 93 MPa et E = 3,3 GPa). Enfin, l’utilisation de fibres recyclées en tant que renfort a également été étudiée. Bien que les hautes conversions (95-98 %) et masses molaires (Mn jusqu’à 60 800 g.mol-1) aient été atteintes, les propriétés mécaniques résultantes sont bien inférieures à celles obtenues en présence de fibres de verre (σ = 65 MPa et E = 2,2 GPa) This study deals with the development of polylactide based composites by RTM (Resin Transfer Molding). It focuses on the in-situ ring opening polymerization (ROP) of L-lactide in the RTM process in order to obtain, in a single step, a composite with a biobased, biodegradable and biocompatible matrix, presenting a good impregnation of the fibers by the matrix for a high reinforcement rate. First, preliminary mass polymerization tests (solvent-free) of L-lactide in flasks at the gram scale and in the absence of reinforcement were carried out. These experiments enable to choose the initial conditions enabling to reach high molecular mass PLLA matrices (Mn = 70 000 - 100 000 g.mol-1) containing the lowest residual L-lactide content (conversions up to 90 %). These characteristics are indeed essential to reach optimal thermomechanical properties of the PLLA matrix, suitable for composite applications. Polymerization tests on a gram scale in the presence of fibers of different kinds have then been carried out in order to evaluate their influence on the polymerization. Woven glass fibers display the least influence (conversion and molecular masses up to 90% and 70 000 g.mol-1, respectively). The experimental conditions determined above have been first transposed and adjusted for the production by RTM of polylactide/glass fiber composites obtained from L-lactide catalyzed by tin octoate. The RTM process was optimized by varying different experimental parameters such as the monomer mass, catalyst concentration, fiber quantity, tank heating, injection pressure and mold pressure and temperature. The physico-chemical and mechanical properties of the composites obtained were also studied. PLLA/glass fiber composites display conversions up to 95% and molar masses of up to 80 000 g.mol-1. The RTM conditions show no influence on the thermal (Tg = 50 °C; Tf = 170 °C) and structural (crystallization in the α phase) properties of the polylactide matrix. In addition, the tensile strength and Young's modulus of those composites can reach 200 MPa and 6 GPa respectively. The last part concerns the production of PLLA matrix composites by RTM process in the presence of catalysts presenting lower toxicity than tin octoate, the catalyst used industrially for the polymerization of L-lactide. Catalysts based on titanium, zinc, magnesium and calcium were consequently studied, but only the zinc catalyst leads to a material suitable for composite application (conversion and Mn up to 90% and 30 000 g.mol-1). Although the resulting mechanical properties are lower than those obtained with the tin catalyst (σ = 93 MPa and E = 3,3 GPa).Finally, the use of recycled fibers as the reinforcement instead of glass fibers was also studied in the presence of tin octoate. Although the high conversions (95-98%) and molar masses (Mn up to 60 800 g.mol-1) have been achieved, the resulting mechanical properties are much lower than those obtained in the presence of glass fibers (σ = 65 MPa and E = 2,2 GPa)

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Louisy, Elodie. "Synthèse de composites à matrice polylactide par procédé RTM (Resin Transfer Molding)." Thesis, Lille 1, 2019. http://www.theses.fr/2019LIL1R037/document.

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Abstract:

Cette étude concerne l’élaboration de composites à matrice polylactide par procédé RTM (Resin Transfer Molding). Elle se focalise sur la polymérisation par ouverture de cycle (POC) in situ, du L-lactide, en procédé RTM avec comme objectif d’obtenir en une seule étape de synthèse, un composite présentant une matrice biosourcée, biodégradable et biocompatible, avec une bonne imprégnation des fibres par la matrice pour un taux de renfort élevé. Dans un premier temps, des essais préliminaires de polymérisation en masse (sans solvant) du L-lactide en ballon à l’échelle du gramme et en l’absence de renfort ont été réalisés. Ces expériences ont permis de déterminer les conditions initiales permettant l’obtention de matrices PLLA présentant le moins de L-lactide résiduel possible (conversions supérieures à 90 %) et les masses molaires les plus élevées (Mn = 70 000 - 100 000 g.mol-1). Ces caractéristiques sont en effet primordiales pour avoir des propriétés thermomécaniques optimales de la matrice PLLA et adaptées à des applications composites. Cette étude a été suivie d’essais de polymérisation, toujours à l’échelle du gramme, en présence de fibres de différentes natures afin d’étudier leur influence sur la polymérisation, les fibres présentant le moins d’influence étant les fibres de verre tissées (conversion et masses molaires supérieures à 90 % et 70 000 g.mol-1, respectivement). Les conditions expérimentales déterminées précédemment ont été transposées et ajustées pour l’élaboration, en procédé RTM, de composites polylactide/fibres de verre par polymérisation du L-lactide catalysée par l’octanoate d’étain. L’optimisation du procédé RTM a été réalisé en faisant varier la masse de monomère, la concentration en catalyseur, la quantité de fibres, le mode de chauffe de la cuve, la pression d’injection et la pression et température dans le moule. Les propriétés physico-chimiques et mécaniques de composites obtenus ont été également étudiées. Les composites obtenus présentent des conversions de plus de 95 % et des masses molaires pouvant atteindre 80 000 g.mol-1. Les conditions RTM n’influencent pas les propriétés thermiques (Tg = 50 °C ; Tf = 170 °C) et structurales (cristallisation en phase α) du polylactide matricielle. De plus les résistances à la traction et modules d’Young des composites PLLA/fibres de verre peuvent atteindre les 200 MPa et 6 GPa respectivement. La dernière partie concerne l’élaboration de composites à matrice PLLA par procédé RTM en présence de catalyseurs présentant une plus faible toxicité, afin de remplacer l’octanoate d’étain, catalyseur de référence pour la polymérisation du L-lactide qui présente cependant une certaine toxicité et qui pourrait dans un futur proche être proscrit des procédés industriels. Des catalyseurs à base de titane, zinc, magnésium et calcium ont ainsi été étudiés, mais seul le catalyseur de zinc conduit à un matériau satisfaisant pour une application composite (conversion supérieure à 90 % et Mn supérieure à 30 000 g.mol-1), bien que les propriétés mécaniques résultantes soient inférieures à celles obtenues avec le catalyseur d’étain (σ = 93 MPa et E = 3,3 GPa). Enfin, l’utilisation de fibres recyclées en tant que renfort a également été étudiée. Bien que les hautes conversions (95-98 %) et masses molaires (Mn jusqu’à 60 800 g.mol-1) aient été atteintes, les propriétés mécaniques résultantes sont bien inférieures à celles obtenues en présence de fibres de verre (σ = 65 MPa et E = 2,2 GPa) This study deals with the development of polylactide based composites by RTM (Resin Transfer Molding). It focuses on the in-situ ring opening polymerization (ROP) of L-lactide in the RTM process in order to obtain, in a single step, a composite with a biobased, biodegradable and biocompatible matrix, presenting a good impregnation of the fibers by the matrix for a high reinforcement rate. First, preliminary mass polymerization tests (solvent-free) of L-lactide in flasks at the gram scale and in the absence of reinforcement were carried out. These experiments enable to choose the initial conditions enabling to reach high molecular mass PLLA matrices (Mn = 70 000 - 100 000 g.mol-1) containing the lowest residual L-lactide content (conversions up to 90 %). These characteristics are indeed essential to reach optimal thermomechanical properties of the PLLA matrix, suitable for composite applications. Polymerization tests on a gram scale in the presence of fibers of different kinds have then been carried out in order to evaluate their influence on the polymerization. Woven glass fibers display the least influence (conversion and molecular masses up to 90% and 70 000 g.mol-1, respectively). The experimental conditions determined above have been first transposed and adjusted for the production by RTM of polylactide/glass fiber composites obtained from L-lactide catalyzed by tin octoate. The RTM process was optimized by varying different experimental parameters such as the monomer mass, catalyst concentration, fiber quantity, tank heating, injection pressure and mold pressure and temperature. The physico-chemical and mechanical properties of the composites obtained were also studied. PLLA/glass fiber composites display conversions up to 95% and molar masses of up to 80 000 g.mol-1. The RTM conditions show no influence on the thermal (Tg = 50 °C; Tf = 170 °C) and structural (crystallization in the α phase) properties of the polylactide matrix. In addition, the tensile strength and Young's modulus of those composites can reach 200 MPa and 6 GPa respectively. The last part concerns the production of PLLA matrix composites by RTM process in the presence of catalysts presenting lower toxicity than tin octoate, the catalyst used industrially for the polymerization of L-lactide. Catalysts based on titanium, zinc, magnesium and calcium were consequently studied, but only the zinc catalyst leads to a material suitable for composite application (conversion and Mn up to 90% and 30 000 g.mol-1). Although the resulting mechanical properties are lower than those obtained with the tin catalyst (σ = 93 MPa and E = 3,3 GPa).Finally, the use of recycled fibers as the reinforcement instead of glass fibers was also studied in the presence of tin octoate. Although the high conversions (95-98%) and molar masses (Mn up to 60 800 g.mol-1) have been achieved, the resulting mechanical properties are much lower than those obtained in the presence of glass fibers (σ = 65 MPa and E = 2,2 GPa)

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Benzaid, Rajaa. "Comportement thermomécanique de céramiques nanostructurées." Lyon, INSA, 2009. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2009ISAL0041/these.pdf.

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Abstract:

Ce travail a été consacré d’une part l’étude des mécanismes de dégradation du nanocomposite 10Ce-TZP/30 vol% Al2O3 en termes de propagation de fissures sous sollicitation statique et cyclique, et d’autre part l’étude des propriétés thermomécaniques de nanocomposites Al2O3/SiC. Pour étudier le comportement mécanique et particulièrement la propagation sous-critique de fissures dans le nanocomposite 10Ce-TZP/30 vol% Al2O3, les courbes de propagation sous critique de fissures, V-KI (vitesse de propagation de fissure en fonction du facteur d’intensité de contrainte), ont été déterminées en réalisant des essais de double torsion dans différents environnements et sous chargement statique ou cyclique. La courbe V-KI dans l’air, fait apparaître les trois stades caractéristiques de la corrosion sous contraintes et un seuil de propagation KI0 de 4,5 MPa. M1/2. Cette étude a montré que le nanocomposite 10Ce-TZP/30 vol% Al2O3 constitue une alternative prometteuse de céramique à vocation biomédicale, du fait qu’il présente une ténacité et un seuil de propagation (sous chargement statique ou cyclique) plus élevés que ceux des céramiques monolithiques utilisées en orthopédie (alumine et zircone Y-TZP), ainsi qu’une excellente résistance au vieillissement. Les mécanismes de renforcement évoqués sont d’une part la transformation de phase de la zircone et d’autre part le pontagePour les nanocomposites Al2O3/SiC frittés naturellement ou par SPS, l’étude des propriétés mécaniques (contrainte à la rupture, dureté et module d’élasticité) à température ambiante a permis de déterminer l’influence de divers paramètres tels que la taille de grains et le taux du renfort. Les essais de fluage ont été conduits sous air en flexion 4-points entre 1200°C et 1400°C et sous une contrainte allant de 50 MPa jusqu’à 150 MPa. Les mécanismes de fluage, ainsi que ceux responsables de l’amélioration des propriétés à haute température ont été identifiés en corrélant une étude microstructurale menée (MEB, TEM) avec les paramètres de fluage (l’exposant de la contrainte n et l’énergie d’activation Q) obtenus. Les résultats ont montré que les propriétés mécaniques à température ambiante des composites Al2O3/SiC obtenus par frittage naturel sont plus faibles que celles des matériaux obtenus par frittage SPS. L’étude du comportement en fluage nous a montré que l’addition de nanoparticules de SiC à une matrice d’alumine renforce incontestablement le matériau en terme de résistance au fluage. Il est important de noter que même avec les microstructures non optimisées des nanocomposites Al2O3/SiC étudiés (porosité importante), nous avons obtenu des résistances au fluage très intéressantes. L’analyse des paramètres de fluage (exposant de contrainte et l’énergie d’activation) en corrélation avec l’étude microstructurale menée a montré que ce sont essentiellement des mécanismes faisant intervenir la cavitation et la microfissuration qui sont responsables de la déformation des l’alumine et des nanocomposites Al2O3/SiC.

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Fenard, Emmanuelle. "Céramiques composites du système Ti/B/N : Propriétés mécaniques et résistance à la corrosion." Limoges, 2001. http://www.theses.fr/2001LIMO0029.

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Jeannetaud, Pascal. "Étude paramétrique du comportement de coudes en composite sous pression interne : prévision et mécanismes d'endommagement." Lille 1, 1995. http://www.theses.fr/1995LIL10028.

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Abstract:

Les matériaux composites sont aujourd'hui largement employés dans l'industrie. Un des secteurs porteurs est celui de la tuyauterie industrielle, où la conception, la fabrication et les performances des tubes en matériaux composites sont aujourd'hui mécaniquement assez bien maîtrisées. Cette tuyauterie n'est cependant pas uniquement constituée de tubes droits, mais comporte d'autres éléments, tels que des coudes. Ces zones de raccordement, aujourd'hui encore dimensionnées de façon empirique, sont autant de points faibles potentiels. Ce travail, dont l'originalité réside en particulier dans l'aspect industriel de la structure étudiée, avait pour objectifs : de préciser les comportements mécaniques de coudes sous différentes lois de pression interne, ainsi que les mécanismes de fissuration associés, d'estimer le comportement de quatre familles de matériaux, se différenciant entre elles par la nature de l'ensimage des renforts ou la structure de tissage employée, de relier les lois de comportements obtenues aux calculs prévisionnels. Nous avons, entre autre, montré dans cette étude : la supériorité de certains matériaux (ensimés spécifique époxy ou tissés taffetas) pour l'ensemble des lois de chargement, l'influence de l'interface sur les critères de fin d'essai (perlage et premier endommagement), en chargement monotone croissant et pour des sollicitations à long terme, l'incidence de la conception et de la qualité de fabrication du coude sur ses propriétés mécaniques, nous conduisant ainsi à redéfinir un nouveau produit, la possibilité d'utiliser les éléments finis pour le dimensionnement et l'optimisation de coudes, et, de façon générique, de structures composites industrielles complexes.

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Binette, Philippe. "Contrôle actif des déformations induites par un gradient thermique dans une plaque sandwiche à l'aide de piézocomposites." Thesis, Université Laval, 2008. http://www.theses.ulaval.ca/2008/25272/25272.pdf.

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Julliere, Benjamin. "Contrôle actif à l'aide de piézocomposites des déformations induites thermiquement dans les matériaux composites." Thesis, Université Laval, 2006. http://www.theses.ulaval.ca/2006/23611/23611.pdf.

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Gakwaya, Myriam. "Compensation des déformations induites thermiquement dans les matériaux composites à l'aide d'un piézocomposite." Thesis, Université Laval, 2006. http://www.theses.ulaval.ca/2006/23590/23590.pdf.

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Chaouki, Hicham. "Modélisation du comportement des composites thermoplastiques à renforts continus dans les procédés de mise en forme." Thesis, Université Laval, 2011. http://www.theses.ulaval.ca/2011/27682/27682.pdf.

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Touchaleaume, François. "Elaboration de nanocomposites à matrice polypropylène chargée d'argile native." Thesis, Lille 1, 2010. http://www.theses.fr/2010LIL10177.

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Abstract:

Cette étude porte sur l’élaboration de nanocomposites à matrice polypropylène (PP) chargée de montmorillonite native (NaMMT). La stratégie retenue est basée sur l’utilisation d’une phase polaire intermédiaire sous forme de mélanges maîtres, dont l’élaboration est réalisée par extrusion avec injection d’eau.Dans une première partie la dispersion de NaMMT et à titre de comparaison de montmorillonite modifiée par extrusion assistée eau dans le polyamide 6 (PA6) a été étudiée grâce à une analyse de la morphologie et de son influence sur les propriétés thermomécaniques. Par la suite, des mélanges maîtres à base de PA6 ont été élaborés par ce procédé et dispersés dans le PP via une compatibilisation réactive. L’analyse de la morphologie, en relation avec les conditions d’élaboration et les performances des mélanges nanocomposites est ensuite présentée.Dans une deuxième partie, un copolymère bloc polyether-bloc-amide (PEBA) a été utilisé comme matrice hôte de NaMMT. Sa dispersion dans le PEBA par extrusion assistée eau a été étudiée par une étude morphologique liée aux propriétés thermomécaniques et aux mécanismes de déformation. Le PEBA a ensuite été utilisé comme phase intermédiaire pour disperser NaMMT dans le PP. L’analyse de la morphologie des mélanges nanocomposites est présentée, en lien avec leurs conditions d’extrusion et leurs propriétés macroscopique.Finalement, la comparaison des résultats obtenus dans le cas des mélanges nanocomposites à base PA6 et PEBA est proposée afin de mettre en évidence le rôle de la polarité de la phase intermédiaire, de la rhéologie des constituants et des conditions de procédé sur les propriétés macroscopiques des matériaux This work focuses on polypropylene (PP)/clay nanocomposites based on pristine montmorillonite (NaMMT). The elaboration strategy involves the use of a polar polymer based masterbatch to disperse NaMMT in the PP matrix. Water assisted extrusion is used to finely disperse the native montmorillonite in the polar host polymer.In the first part, the dispersion of modified and pristine montmorillonite in polyamide 6 (PA6) using water assisted extrusion is presented. The morphological analysis of the PA6 nanocomposites and its outcome on the thermomechanical properties were studied. PA6 masterbatches were then elaborated using water assisted extrusion and dispersed in PP to obtain nanocomposites blends. Their morphologies are detailed, in relation with the processing conditions, and the related mechanical properties.In the second part, polyether-block-amide (PEBA) was used as host polymer to disperse modified and native montmorillonite. Their dispersion is obtained thanks to the water assisted extrusion process. The morphological analysis and its influence onto the thermomechanical properties and on the deformation mechanisms were studied. PEBA masterbatch were then prepared using water assisted extrusion and dispersed into PP to obtain nanocomposites blends. The study of their morphologies is presented, related to the extrusion conditions, and the corresponding macroscopic performances.Finally, the comparison of the results obtained in the case of PA6 and PEBA nanocomposites blends is discussed to evidence the influence of components rheology and polarity as well as the processing conditions onto the macroscopic behaviors of the materials

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Zrida-Ammar, Hana. "Les composites avec mesostructure en faisceaux : propriétés élastiques et endommagement." Thesis, Université de Lorraine, 2016. http://www.theses.fr/2016LORR0280/document.

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Abstract:

Les propriétés élastiques et la résistance à l’endommagement des composites textiles avec mesostructure en faisceaux ont été étudiées dans cette thèse. Le premier chapitre de cette thèse traite la modélisation des propriétés élastiques des composites NCF (Non-Crimp Fabric) pour étudier l'effet des défauts de mesostructure sur la dégradation des propriétés mécaniques. Un modèle pour la mesostructure des composites NCF est réalisé pour étudier l'effet de l'ondulation sur la réduction de la rigidité. Cette dernière est dominée par la réduction de la rigidité de la couche 0°. La rigidité effective de la couche 0° peut être déterminée soit par modélisation d'une seule couche ondulée soumise à un chargement réparti, qui reproduit son interaction avec les couches voisines, avec application des symétries dans les conditions aux limites, ou en utilisant une approche de la courbe maîtresse. Une expression analytique est suggérée. Cette expression permet la détermination du facteur de réduction de rigidité pour toute longueur d'onde et amplitude donnés. L’initiation et le développement des endommagements sont présentés dans le deuxième chapitre, où les composites textiles désignés aux applications à haute température ont été étudiés dans des conditions thermiques sévères pour vérifier leur stabilité thermique et leur résistance aux endommagements thermiques. Finalement, la performance mécanique des composites destinés pour les hautes températures, est étudiée, et l'effet du vieillissement thermique a été analysé. Des modèles 3D ont été réalisés par éléments finis pour expliquer l'effet des bords sur l'évolution des fissures observées lors des essaies de traction. En outre, les différences et les similarités au niveau de fissuration dans les différentes couches sont analysés á travers des approches probabilistes (Monte Carlo, Hashin and shear lag) et aussi la mécanique de la rupture Textile composites with bundle meso-structure have been studied in this thesis for elastic properties and damage investigations. The first chapter of this thesis deals with elastic properties modeling for Non-crimp fabric (NCF) based composites for investigating the effect of meso-structure defects on mechanical properties degradation. The objective of the work is to formulate a model for the NCF composite mesostructure in an attempt to investigate the effect of the waviness on stiffness reduction. The cross-ply NCF composite stiffness reduction is dominated by the stiffness reduction of the 0°-layer. The 0°-layer effective stiffness can be determined either by modeling a single curved tow subjected to distributed load, to reproduce its interaction with the neighboring layers, together with symmetry boundary conditions, or using a master curve approach, where a knock down factor is introduced to characterize the stiffness reduction and analytical expression is suggested. This expression allows for determination of knock down factor for any given wavelength and amplitude of the waviness. The damage initiation and development is presented is the second chapter, where woven fabric composites designated for high temperature application were investigated under severe thermal conditions to study their thermal stability and their resistance to thermal damage. Finally, the mechanical performance of the composites designated to high temperature applications was studied. The effect of aging was also investigated. 3D models were realized with Finite elements in order to explain the edge effect on the evolution of the cracks observed during the tensile tests. In addition, the differences and similarities in cracking in different layers were analysed using probabilistic approaches (a simple one as well as Monte Carlo simulations with Hashin’s and also shear lag model) and fracture mechanics arguments

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Solarski, Samuel. "Développement de nouveaux filaments de polylactide nanocomposites." Lille 1, 2006. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/2006/50376-2006-Solarski.pdf.

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Abstract:

Ce travail se place dans le contexte de développement de nouveaux textiles, appelés textiles techniques, afin de palier à la décroissance du secteur textile traditionnel européen. De nouveaux filaments de PLA nanocomposites ont été produits en voie fondue suivie d'un étirage. Les charges utilisées sont des argiles, constituées de feuillets de silicate, et qui ont déjà prouvé leur rôle de renfort pour de nombreuses matrices polymères en terme de propriétés thermomécaniques, barrière aux liquides et au gaz ainsi qu'une amélioration du comportement au feu des matériaux. Dans un premier temps, les conditions de filage ont été modifiées afin d'étudier leur influence sur les propriétés finales des filaments. Après avoir optimisé ces conditions, des mélanges PLA / argile ont été filés. Ces mélanges ont été extrudés sur extrudeuse contrarotative ou corotative. De nouveaux filaments de PLA nanocomposites, chargés jusqu'à 4 % en masse ont ainsi pu être produits. Une forte modification des propriétés d'allongement des filaments en présence de Cloisite®30B nous a amené à envisager l'utilisation d'un plastifiant. Seule la Bentone®104 a permis la production de filaments de PLA nanocomposites chargés à hauteur de 4 % en masse sans plastifiant. Ces filaments nanocomposites ont ensuite été utilisés afin de produire des étoffes maillées, dont les propriétés feu ont été étudiées à l'aide d'un calorimètre à cône. Une forte réduction du pic de chaleur dégagée est observée. Les filaments de PLA nanocomposites permettent donc de produire des étoffes ayant des propriétés feu intéressantes. La teinture des étoffes maillées à base de PLA a également été étudiée. Divers paramètres de la conduite de teinture ont été modifiés afin d'établir une conduite de teinture optimale. La teinture des PLA nanocomposites montre une absorption de colorant plus importante.

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Lestrade, Laurent. "Etude de la fusion superficielle au four solaire de barrières thermiques ZrO2-Y2O3 projetées par plasma." Perpignan, 1996. http://www.theses.fr/1996PERP0241.

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Les barrieres thermiques sont principalement utilisees dans les moteurs thermiques (turboreacteurs) afin de proteger les pieces metalliques qu'elles recouvrent. Elles permettent, compte tenu de leur faible conductivite thermique, d'augmenter la temperature de fonctionnement et donc le rendement energetique de tels moteurs. Cependant la permeabilite des ceramiques deposees aux gaz de combustion conduit a une degradation de l'interface ceramique/metal, puis a un decollement de la couche projetee, et finalement a la destruction de la barriere thermique. Une densification superficielle de ce type de depot poreux et microfissure est une bonne solution pour ameliorer la longevite des barrieres thermiques. L'emploi d'un concentrateur solaire de 2kw permet, par rapport aux lasers de forte puissance, de mieux apprehender les phenomenes se produisant lors de traitements de ce type et d'autre part, en diminuant les contraintes thermomecaniques au sein du materiau, de reduire une fissuration nefaste a la duree de vie de la barriere thermique. Cette etude a ete realisee sur des barrieres thermiques a base de zircone partiellement stabilisee a l'yttrine et grace a un montage experimental developpe specifiquement. Une modelisation thermique du procede associee a des mesures specifiques des proprietes thermoradiatives des echantillons, a permis, avec une bonne reproductibilite, l'obtention de resultats comparables a ceux obtenus avec des lasers. Une modelisation numerique du comportement thermomecanique des barrieres thermiques au cours d'un traitement superficiel prevoit une diminution de la fissuration de la ceramique par reduction des gradients thermiques. Experimentalement, le chauffage par le substrat des echantillons pendant les traitements confirme cette prevision

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Arnaud, Sébastien. "Contribution à la compréhension de la formation de défauts d’élaboration par RTM d’un composite stratifié Carbone/Epoxy – Influences sur le comportement hygrothermique et abattement des propriétés thermomécaniques." Caen, 2013. http://www.theses.fr/2013CAEN2018.

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Abstract:

Ce travail est une contribution à la compréhension de la formation de défauts d’élaboration spécifiques au procédé RTM et à l’évaluation de leur influence sur la tenue thermomécanique d’un composite stratifié [0°;90°]6 comprenant un renfort satin 5 12K de carbone AS7 et une résine époxy RTM6. Dans un premier temps, des matériaux composites de référence (sans vides) et des composites à porosité contrôlée ont été fabriquées à l’aide d’un moule instrumenté équipé de capteurs de flux, pression et température permettant un contrôle précis du débit et de la température d’injection de la résine. Puis, des analyses par attaque acide, ultrason C-Scan et tomographie X ont été menées pour caractériser les vides en termes de taux volumique, morphologie et localisation. Par la suite, ces matériaux ont été sollicités en cisaillement interlaminaire et en flexion par flambement à l’état neuf ou après vieillissement hygrothermique. A l’état neuf, les matériaux ont été testés dans des conditions de référence (25°C, 40% HR) et à chaud (110°C, 4% HR). Les matériaux vieillis ont été testés à 25°C, 95% HR. Les abattements des propriétés mécaniques en fonction de la porosité ont été confrontés aux résultats expérimentaux et aux modèles rapportés dans la bibliographie. Les endommagements relevés in situ sur les éprouvettes de flexion par flambement, avec ou sans porosité, ont été corrélés à l’émission acoustique afin d’établir un scénario d’endommagement depuis le seuil d’amorçage jusqu’à la rupture. Ainsi donc, nous avons pu définir une corrélation entre les paramètres d’élaboration, la présence de défauts (vides intra et inter-torons) et l’abattement des propriétés thermomécaniques This study contributes to a better understanding of the formation of elaboration defects linked to the RTM process, and to the evaluation of their influences on the thermomechanical properties of [0°;90°]6 fabric laminates made of 12k satin 5 carbon AS7 and RTM6 resin. First, reference composites (free of voids) and controlled-porosity composites were elaborated by using a dedicated mold equipped with flow, pressure and temperature transducers allowing precise monitoring of the injection flow and temperature of the resin. Then matrix digestion, ultrasonic C-Scan and X-ray tomography were implemented to study the voids content, morphology and location. Thereafter interlaminar shear and post-buckling tests were implemented on pristine or hydrothermally aged materials. For the pristine materials, tests were implemented under reference conditions (25°C, RH 40%) and at high temperature (110°C, RH 4%) whereas hydrothermally aged materials were tested at 25°C, RH 95%. Mechanical properties reduction versus voids content was compared to experimental results and models available in the literature. Damage observed in situ on the post-buckling test samples, with or free of voids, was correlated to acoustic emission with the aim to sketch a damaging scenario from the damage initiation threshold up to fracture. Thus, we could define a correlation among the elaboration parameters, the presence of defects (intra or inter-bundle voids) and the reduction of the thermomechanical properties

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Ramy-Ratiarison, Rindra. "Compoundage et transformation par injection de PLA renforcé par des fibres de cellulose : Analyse de la cristallisation, formulation et propriétés thermomécaniques induites." Thesis, Lille 1, 2010. http://www.theses.fr/2010LIL10176.

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Abstract:

L’objectif de ce travail était d’étudier le compoundage et la transformation par injection de composites PLA renforcés par des fibres de cellulose. La première partie concerne l’influence des conditions de compoundage et d’injection sur la structure du PLA. En particulier, l’influence des paramètres de mise en œuvre sur la dégradation durant l’extrusion a été mise en évidence. D’autre part, l’étude de la cristallisation met en évidence un phénomène singulier de dilatation du PLA durant la cristallisation froide dans le cas de pièces injectées. L’optimisation de l’étape de compoundage des composites est présentée dans la seconde partie. L’objectif était d’éviter la dégradation durant l’extrusion et d’optimiser la dispersion des fibres de cellulose. Un plan d’expérience a été utilisé pour définir les optimums des paramètres d’extrusion afin de limiter la dégradation et d’améliorer la dispersion des fibres de cellulose. Les compounds optimisés ont été utilisés pour étudier l’influence des paramètres d’injection sur la structure des composites et leur impact sur les propriétés mécaniques des composites injectés. Enfin, l’optimisation des propriétés thermomécaniques au travers de l’étude de la formulation des composites est présentée. Plus particulièrement, l’effet de la plastification du PLA et la compatibilisation à l’interface utilisant un PLA greffé anhydride maléique sont rapportés The aim of this work was to study the compounding and injection molding of PLA composites based on cellulose fibres. In the first part, the influence of compounding and injection molding on the structure of the PLA is presented. Particularly, the influence of processing conditions on the degradation during extrusion was investigated. The study of the cristallization behavior evidenced an usual dilatation of PLA during cold cristallization in the case of injection molded parts. The optimization of the compounding step of the composites is presented in a second part. The aim was to avoid the degradation during the extrusion process and to optimize the dispersion of the cellulose fibers. A design of experiment was used to define the optimum compounding parameters in order to limit the degradation and improve the dispersion of the cellulose fibers. The optimized compounds were used to study the influence of injection molding conditions on the structure of the composites and its influence on the mechanical properties of injection molded composites. Finally, the optimization of composites thermomechanical properties using formulation was proposed. Particularly, the effect of plasticizing of PLA and the compatibilization at the interface using maleic anhydride grafted PLA are presented

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Lacombe, Guillaume. "Rôle des paramètres d'élaboration sur les propriétés physico-chimiques de matériaux composites élaborés par métallurgie des poudres : études théoriques et expérimentales." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00681508.

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Les fréquences de fonctionnement élevées des puces semi-conductrices génèrent des flux de chaleurs importants qu'il est nécessaire d'évacuer pour éviter la destruction de la puce. Un module standard dans le domaine de l'électronique de puissance est composé d'une puce en silicium, d'un isolant électrique (substrat) et d'un dissipateur thermique (drain) permettant l'évacuation de la chaleur. Cette chaleur induit des contraintes thermomécaniques dues à la dilatation différentielle des matériaux.Deux concepts nouveaux proposés permettent de palier ces problèmes et d'augmenter la fiabilité générale des systèmes électroniques. Le premier est la conception et l'élaboration d'un drain composite à propriétés thermiques adaptatives (coefficient de dilatation thermique et conductivité thermique). Dans le deuxième, une nouvelle méthode d'assemblage est présentée. Elle permet, au moyen d'un film métallique Sn ou Au, de créer des composés intermétalliques stables dans le temps.

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El, Moumen Ahmed. "Prévision du comportement des matériaux hétérogènes basée sur l’homogénéisation numérique : modélisation, visualisation et étude morphologique." Thesis, Lille 1, 2014. http://www.theses.fr/2014LIL10077/document.

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L’homogénéisation est une technique de passage Micro-Macro en tenant compte de l’influence des paramètres morphologiques, mécaniques et statistiques de la microstructure représentative d’un matériau hétérogène. La modélisation numérique a contribué fortement au développement de cette technique en vue de déterminer les propriétés physico-mécaniques des matériaux hétérogènes bi et multiphasiques. L’objectif principal de ce travail est la prédiction du comportement macroscopique élastique et thermique de matériaux hétérogènes. Les comportements mécaniques et thermiques ont été déterminés numériquement puis comparés aux résultats expérimentaux et analytiques. La variation du volume élémentaire représentatif (VER) en fonction de la fraction volumique et du contraste a été analysée. Cette étude a mis en évidence l’intérêt d’une détermination rigoureuse de la taille optimale du VER. En effet, celle-ci doit prendre en compte plusieurs paramètres tels que la fraction volumique, le contraste, le type de la propriété et la morphologie de l’hétérogénéité. Un nouveau concept de morphologie équivalente a été proposé. Ce concept introduit le principe d’équivalence des caractéristiques élastiques et thermiques des matériaux hétérogènes d’une microstructure de morphologie complexe avec celles d’une microstructure contenant des particules sphériques. Ce travail a conduit à l’élaboration d’une démarche globale de design microstructural en intégrant la morphologie réelle des phases des microstructures hétérogènes intégrant à la fois la visualisation des images, l’étude morphologique et la modélisation géométrique et numérique The homogenization is a technique of Micro-Macro passage taking into account the influence of morphological, mechanical and statistical parameters of the representative microstructure of an heterogeneous material. Numerical modeling has contributed significantly to the development of this technique to determine the physical and mechanical properties of bi-and multi-phase heterogenous materials. The main objective of this work is the prediction of the macroscopic elastic and thermal behaviors of heterogeneous materials. The mechanical and thermal behaviors was determined numerically and compared with experimental and analytical results. The variation of the representative volume element (RVE) versus volume fraction and the contrast was analyzed. This study showed the importance of a rigorous determination of the optimal RVE size. Indeed, it must take into account several parameters such as : volume fraction, contrast, type of property and the morphology of the heterogeneity. A new concept of the equivalent morphology was proposed. This concept introduces the equivalence of the elastic and thermal characteristics of a microstructure of heterogeneous materials with complex morphology and those of a microstructure containing spherical particles. This work led us to developement of a comprehensive approach to microstructural design by integrating the real morphology of heterogeneous microstructure phases incorporating at the same time the image visualization, the morphological study and the geometric and numerical modeling

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Ouchiar, Saadia. "Étude des relations structure – propriétés physiques de composites verts biopolymère/argile : effet de la nature et de la teneur en renfort." Thesis, Lille 1, 2016. http://www.theses.fr/2016LIL10023.

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Abstract:

L’utilisation des polymères biosourcés en industrie, bien qu’en constant développement, est encore limitée principalement en raison de leurs propriétés physiques insuffisantes. L’incorporation d’argile est l’une des voies permettant de compenser ces limites. L’objectif principal de cette thèse à vocation industrielle a été de formuler et caractériser de nouveaux matériaux composites à base de biopolymères et de charges minérales pour des applications dans l’emballage, en s’intéressant notamment à l’influence de la nature de la charge ajoutée. En outre l’une des originalités de ces travaux réside dans l’utilisation de taux d’argile élevés (≥ 30 wt%). De plus le rôle de l’interface entre la matrice polymère et le renfort minéral sur la structure et les propriétés thermomécaniques et barrière du biomatériau élaboré a été plus particulièrement étudié. Un screening de différents couples biopolymère/argile a tout d’abord été réalisé sur des matériaux élaborés " à l’échelle laboratoire ". Des formulations d’intérêt ont ensuite été sélectionnées et mises en œuvre « à l’échelle pilote ». Les résultats obtenus sur les systèmes PLA/argile ont permis de montrer que bien plus que le taux d’argile incorporé ou le degré de dispersion, c’est la nature de la charge qui influence davantage les propriétés thermomécaniques. Par ailleurs, appliquer un procédé tel que le biétirage permet de palier à la fragilité du PLA et d’augmenter considérablement ses propriétés barrière. Enfin, concernant la matrice d’alginate, la plastification donne lieu à un matériau hétérophasé et l’ajout d’argile n’induit pas de baisse de l’étirabilité tout en améliorant la rigidité du matériau Although in constant development, the use of biobased polymers for industrial applications is still limited mainly because of their intrinsically limited physical properties. Adding clay is one solution to outclass these limitations. The main goal of this thesis, with an applied nature, was to elaborate and characterize new composite materials based on biopolymers and clays for applications in the packaging field. More especially, the influence of the clay nature was assessed. One of the distinctive features of this PhD work is the use of a high clay contents (≥ 30 wt%). Moreover, a particular attention was paid to study the role of the interface between the polymer matrix and the mineral filler on the structure as well as on the thermomechanical and barrier properties of the elaborated biocomposite.A screening of different biopolymer/clay compound elaborated at the laboratory scale was firstly studied in terms of structure, morphology and physical properties. Then the most promising formulations were selected and elaborated at a larger scale using industrially processes. The results obtained on Polylactide (PLA)/clay compounds showed that rather than the content of clay or its dispersion degree, it is the nature of the clay, i.e. its chemistry and its crystallography, that mainly govern the thermomechanical properties. Furthermore it was highlighted that applying a biaxial stretching on this kind of materials offsets the PLA brittleness and increases its barrier properties. Finally, regarding the alginate based composites, plasticization leads to a heterogeneous material and adding clay involves an increase of the material rigidity without any decrease of stretchability

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Couture, Adrien. "Automatisation de la modélisation numérique des microstructures de matériaux hétérogènes basée sur une intégration CAO-calcul." Thesis, Lorient, 2019. http://www.theses.fr/2019LORIS543.

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Abstract:

La simulation numérique des matériaux hétérogènes suscite beaucoup d'intérêt de la part de la communauté scientifique puisqu'elle est une solution attrayante et économique au problème de la caractérisation du comportement thermomécanique des matériaux hétérogènes. Le comportement d'un matériau hétérogène est difficile à prédire même lorsque les propriétés des constituants sont connues et leurs forme et position bien définies. La modélisation numérique des matériaux hétérogènes permet de simuler des échantillons du matériau à étudier. Ces échantillons sont des Volumes Élémentaires Statistiques (VES) et représentent une portion de la microstructure du matériau. Pour obtenir une représentation statistique du comportement du matériau, il faut habituellement générer et simuler beaucoup de VES. L'objectif de cette thèse est de proposer une nouvelle approche automatisée de modélisation numérique des microstructures de matériaux hétérogènes basée sur l'intégration des outils de la Conception Assistée par Ordinateur (CAO), de la génération automatique de maillages et de la simulation par la Méthode des Éléments Finis (MEF). Cette approche est proposée dans le contexte des matériaux hétérogènes à particules, mais peut s'appliquer à toutes les formes de microstructures. Le potentiel de l'approche intégrée CAO-MEF est mis en évidence par une étude comparative de l'influence de la forme des constituants et du degré des éléments de maillage sur les propriétés thermomécaniques apparentes d'un composite verre / époxy. Une méthode novatrice qui permet de générer des microstructures à fractions volumiques élevées de particules élancées est introduite. Cette nouvelle méthode est utilisée pour simuler le comportement d'un composite constitué de particules de chanvre et d'une matrice cimentaire et les résultats numériques sont confrontés aux résultats expérimentaux Numerical simulation of heterogeneous materials is of great interest to the scientific community since it is an attractive and economical solution to the problem of characterizing the thermomechanical behavior of heterogeneous materials. Heterogeneous materials behavior is difficult to predict even when the constituents properties are known and their shape and position well defined. This difficulty is related to the physical phenomena that occur at the constituents scale. They originate from the constituents interaction and the way they are assembled together. Numerical modeling of heterogeneous materials can simulate samples of the material to be studied. These samples are the Statistical Volume Elements (SVE) and represent a portion of the material microstructure. To obtain a statistical representation of the thermomechanical behavior, it is usually necessary to generate many SVE. This thesis objective is to propose a new automated approach to numerical modeling of microstructures based on the integration of Computer Aided Design (CAD) methods, automatic mesh generation methods and Finite Element Analysis (FEA) method. This approach is proposed in the context of heterogeneous particulate materials but can be applied to all types of microstructures. The potential of the CAD-FEA integrated approach is illustrated with a comparative study of the influence of the constituents shape and the mesh degree on the apparent thermomechanical properties of a glass / epoxy composite. An innovative method for generating microstructures with high volume fractions of slender particles is introduced. This new method is used to simulate the behavior of a hemp and cement composite and the numerical results are confronted with the experimental results

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Girard, Gautier. "Caractérisation et modélisation thermomécaniques de matériaux et de structures circuits imprimés complexes destinés aux applications spatiales radiofréquences et micro-ondes." Thesis, Université de Lorraine, 2018. http://www.theses.fr/2018LORR0170/document.

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Abstract:

La thèse s’intéresse au comportement thermomécanique des circuits imprimés pour des applications spatiales hyperfréquences. Dans cette étude, les circuits imprimés sont des assemblages multi-matériaux faisant intervenir des substrats diélectriques (composites tissés) et des connexions en cuivre. Les circuits étudiés sont des multicouches et l’information électrique transite d'une couche à l'autre par le biais de trous traversants : des perçages réalisés à travers les différentes couches, recouverts de cuivre par électrodéposition. Tout satellite comporte de l’électronique embarquée dont le circuit imprimé constitue le support et les connexions. Dans le cadre des applications spatiales, le circuit imprimé subira des variations importantes de température. Ces chargements engendrent des déformations qui ne sont pas homogènes dans les différents matériaux, pouvant mener à des contraintes importantes qui seront source de défaillances. En effet, les coefficients d'expansion thermique des substrats diélectriques et du cuivre sont différents. À chaque cycle thermique, le cuivre est alors entrainé sous chargement alterné. Suivant les configurations, le cuivre peut se plastifier et rompre après quelques centaines ou milliers de cycles thermiques (fatigue oligo-cyclique). On remarque que les ruptures sont souvent observées dans les trous traversant. Deux volets sont identifiables dans la thèse : un premier volet de caractérisation du comportement thermomécanique des matériaux présents dans les circuits imprimés hyperfréquences (substrats composites et cuivre), et un second volet concernant les simulations de configurations stratégiques à partir des comportements identifiés In this thesis, the thermomechanical behavior of Printed Circuit Boards with high frequency space applications is assessed. A printed circuit board is a multi-material assembly, linking dielectric substrates and copper paths. The studied PCBs are multilayers, thus drills are made through these layers with copper electrodeposited on the wall of the hole, allowing the electrical signal to go from one layer to the other. Any satellite carries embedded electronics and the PCB is the link and the support of these electronics. During the life of the PCB in space applications, important temperature changes will drive strains which are inhomogeneous in the different materials and thus will lead to important stresses, root of the observed failures. Indeed, the coefficients of thermal expansion of the dielectric substrates are different than the one of copper. For each thermal cycle, the copper undergoes thus an alternate loading. Depending on the configuration, the copper may endure plastic strain and break after hundreds or a few thousands of cycles (oligo-cyclic fatigue). These failures happen often in the copper barrels linking the different layers.Two phases are distinguishable in the thesis: a first phase in which the thermomechanical behaviors of the materials constituting high frequency printed circuit boards is assessed (composites substrates and copper), and a second phase concerning the simulations of crucial configurations thanks to the identified behaviors of the materials

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Bajolet, Julien. "Développement de solutions thermomécaniques répondant au packaging de l’électronique de puissance en environnement aéronautique." Thesis, Université de Lorraine, 2015. http://www.theses.fr/2015LORR0043/document.

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Abstract:

Le domaine aéronautique étant en pleine expansion, il est nécessaire de trouver des solutions pour transporter plus de personnes tout en diminuant la consommation en carburant. L’allègement des aéronefs est un enjeu global, c’est pourquoi, il faut étudier comment diminuer la masse de tous les composants des avions. Les boitiers électroniques doivent faire partie de cette démarche d’allègement global des avions. Les sociétés du groupe SAFRAN et en particulier HISPANO-SUIZA se sont lancées dans un projet d’avion plus électrique et il est donc très important de diminuer la masse d’un boitier électronique. Une étude de boitiers électroniques existants a permis de mettre en évidence les principaux contributeurs de masse. Les bilans de masse ont montré que les éléments de protection et de maintien des composants électroniques représentaient la masse la plus importante pour un boitier. La recherche de solutions innovantes pour diminuer la masse de ces composants a mis en évidence des nouveaux matériaux pour remplacer l’aluminium omniprésent dans les boitiers actuels. Les stratifiés métaux / composites ou Fiber Metal Laminates (FML) sont des stratifiés composés de composites à matrice organique (carbone, fibre de verre, kevlar, …) et de tôles métalliques. Ces nouveaux matériaux composites sont particulièrement intéressants de par leurs propriétés thermomécaniques ainsi que leur conductivité électrique nécessaire au bon fonctionnement des boitiers en cas de passage de courant de foudre. Des simulations d’analyse modale ont validé la pertinence de l’emploi de ces FML pour réaliser les pièces de boitiers. Des modèles analytiques ont été mis en place pour prédire de façon simple et rapide le comportement de stratifiés composites en fonction du nombre de plis, des matériaux et des orientations. L’exploitation de ces modèles a permis de choisir des stratifiés prometteurs en fonction de leurs propriétés thermomécaniques : le Carall (assemblage de carbone et d’aluminium), le Glare (assemblage de fibres de verre) et un stratifié en carbone « classique ». La caractérisation de ces matériaux sous des chargements variés (statiques, dynamiques, en température, …) couplée à des simulations numériques a fourni les propriétés des stratifiés. La modélisation numérique des composites permettra de diminuer le temps et le coût nécessaires à la conception d’un boitier. L’étude et la comparaison des propriétés mesurées au cours des essais expérimentaux a permis de déterminer les applications potentielles des stratifiés métaux/composites dans les boitiers électroniques. Enfin, une étude de vieillissement accéléré en humidité et en température a été réalisée pour étudier l’évolution des propriétés des stratifiés dans le temps The aeronautic field is growing years after years; this is why it is necessary to find solutions to transport more people and to reduce fuel consumption. The aircraft relief is a global issue, all components of aircraft ha to be lighter. Electronic devices must be a part of this global aircraft relief. The SAFRAN group and Hispano-Suiza in particular have engaged in a more electric aircraft project it is necessary to reduce the mass of an electronic box. A study of existing electronic boxes helped to highlight the main mass contributors. Mass analysis shows that the elements of protection and bearing of electronic components represent the highest global mass percent. The research of innovative solutions to reduce the weight of these components has highlighted new materials to replace the omnipresent aluminium in the current boxes. The composites Fibre Metal Laminates (FML) consist of organic matrix composites plies (carbon, fiberglass, Kevlar ...) and the metal sheet. These new composite materials are particularly interesting because of their thermo-mechanical and electrical conductivity necessary for the proper functioning of the electronic devices in case of lightning current. Modal analysis simulations validated the appropriateness of using these FML to replace aluminium in electronic boxes structure. Analytical models were developed to get a faster and easier the behaviour of composite laminates according to the number of plies, materials and orientations. The study of these analytical models has selected promising laminates according to their thermo mechanical properties: the Carall (assembly of carbon and aluminium), the Glare (assembly of glass fibers and aluminium) and carbon as a "classical" laminates. The characterization of these materials under various solicitations (static, dynamic, temperature ...) coupled with numerical simulations provided the laminates properties. Numerical modelling of composites will reduce the time and cost required to design a box. The study and comparison of measured properties during the experimental trials has identified the potential applications of metal laminates / composites in electronic boxes. Finally, a study of accelerated moisture and temperature aging was conducted to study the evolution properties of laminates in “real” environment

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Su, Yishi. "Modélisation analytique et numérique de structure des mousses métalliques MPPCs et du comportement mécanique." Troyes, 2011. http://www.theses.fr/2011TROY0018.

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Abstract:

L’objectif principal de ce travail est la modélisation analytique et numérique du comportement statique, dynamique et thermique des matériaux innovants (mousses métalliques et composites MPPCs). Dans un premier temps, la technique d’infiltration à pression négative est utilisée pour la fabrication des mousses d’aluminium à cellules ouvertes et des composites MPPCs. Compte tenu des arrangements des cellules ouvertes, trois modèles analytiques sont proposés à l’échelle microscopique pour prédire et optimiser la porosité du matériau. Les microstructures sont analysées expérimentalement afin d’étudier le comportement mécanique des composites MPPCs. Dans la seconde étape, nous avons proposé un modèle constitutif de contrainte-déformation dans le cas de la compression uni axiale statique sur la mousse d’aluminium. Ce modèle est utilisé pour simuler numériquement par éléments finis le comportement en compression. Le modèle est ensuite utilisé dans le cas dynamique en choc. Les modèles sont validés par des essais expérimentaux. La dernière partie concerne l’étude du comportement thermomécanique des composites MPPCs avec les microstructures des cellules sphériques et de Kelvin. Des simulations numériques en thermomécaniques sont réalisées sur ABAQUS The main objective of this work is analytical and numerical modeling of the static, dynamic and thermal mechanical properties of the innovative materials (metal foam and composites MPPCs). Initially, the negative pressure infiltration technique is applied to manufacture the open-cell aluminum foams and the composites MPPCs. Considering the open-cell arrangements, three analytical models are proposed at the microscopic level to predict and optimize the porosity of the materials. The microstructures are experimentally analyzed to study the mechanical behavior of the composites MPPC. Secondly, we proposed a constitutive model of stress-strain in the case of uniaxial static compression of metal foam. This model is utilized with the finite element to numerically simulate the compressive behavior. Afterwards, the model is once again used in the case of dynamic low-velocity impact of metal foam. These models are verified by the experimental tests. Finally, we study the thermomechanical behavior of the composites MPPCs with the micro-structures of spherical and Kelvin cells. The numerical simulations of thermomechanical properties are carried out with the program ABAQUS

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Girard, Gautier. "Caractérisation et modélisation thermomécaniques de matériaux et de structures circuits imprimés complexes destinés aux applications spatiales radiofréquences et micro-ondes." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2018. http://www.theses.fr/2018LORR0170.

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Abstract:

La thèse s’intéresse au comportement thermomécanique des circuits imprimés pour des applications spatiales hyperfréquences. Dans cette étude, les circuits imprimés sont des assemblages multi-matériaux faisant intervenir des substrats diélectriques (composites tissés) et des connexions en cuivre. Les circuits étudiés sont des multicouches et l’information électrique transite d'une couche à l'autre par le biais de trous traversants : des perçages réalisés à travers les différentes couches, recouverts de cuivre par électrodéposition. Tout satellite comporte de l’électronique embarquée dont le circuit imprimé constitue le support et les connexions. Dans le cadre des applications spatiales, le circuit imprimé subira des variations importantes de température. Ces chargements engendrent des déformations qui ne sont pas homogènes dans les différents matériaux, pouvant mener à des contraintes importantes qui seront source de défaillances. En effet, les coefficients d'expansion thermique des substrats diélectriques et du cuivre sont différents. À chaque cycle thermique, le cuivre est alors entrainé sous chargement alterné. Suivant les configurations, le cuivre peut se plastifier et rompre après quelques centaines ou milliers de cycles thermiques (fatigue oligo-cyclique). On remarque que les ruptures sont souvent observées dans les trous traversant. Deux volets sont identifiables dans la thèse : un premier volet de caractérisation du comportement thermomécanique des matériaux présents dans les circuits imprimés hyperfréquences (substrats composites et cuivre), et un second volet concernant les simulations de configurations stratégiques à partir des comportements identifiés In this thesis, the thermomechanical behavior of Printed Circuit Boards with high frequency space applications is assessed. A printed circuit board is a multi-material assembly, linking dielectric substrates and copper paths. The studied PCBs are multilayers, thus drills are made through these layers with copper electrodeposited on the wall of the hole, allowing the electrical signal to go from one layer to the other. Any satellite carries embedded electronics and the PCB is the link and the support of these electronics. During the life of the PCB in space applications, important temperature changes will drive strains which are inhomogeneous in the different materials and thus will lead to important stresses, root of the observed failures. Indeed, the coefficients of thermal expansion of the dielectric substrates are different than the one of copper. For each thermal cycle, the copper undergoes thus an alternate loading. Depending on the configuration, the copper may endure plastic strain and break after hundreds or a few thousands of cycles (oligo-cyclic fatigue). These failures happen often in the copper barrels linking the different layers.Two phases are distinguishable in the thesis: a first phase in which the thermomechanical behaviors of the materials constituting high frequency printed circuit boards is assessed (composites substrates and copper), and a second phase concerning the simulations of crucial configurations thanks to the identified behaviors of the materials

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Abchiche, Bruno. "Augmentation de la limite élastique des composites à matrice céramique : SiC/SiC ou SiC/MAC." Thesis, Bordeaux 1, 2013. http://www.theses.fr/2013BOR14903/document.

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Abstract:

Les matériaux composites connaissent un large succès. En effet les Composites à Matrice Céramique (CMC) fonctionnant à haute température ont des performances inégalées en termes de fatigue thermomécanique. La durée de vie des CMC est pourtant limitée en raison de l'apparition précoce de fissures matricielles, ouvrant autant de portes à des environnements agressifs, entraînant un abattement prématuré des propriétés mécaniques. Arriver à retarder la fissuration matricielle devient donc une étape clé pour une future importante utilisation des CMC dans l'aéronautique ou l'aérospatial. Les travaux de cette thèse se sont inscrits dans cette logique, où pour protéger les fibres et l'interphase de l'oxydation et de la corrosion, les propriétés de la matrice céramique ont tenté d'être modifiées par l'incorporation de nanofibres en leur sein et par l'émoussement de leurs macropores résiduels Abstract

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Tran, Manh Tien. "Caractérisation expérimentale et modélisation numérique du comportement thermomécanique à haute température des matériaux composites renforcés par des fibres." Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSE1111/document.

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Abstract:

Les matériaux composites TRC (Textile Reinforced Concrete), consistant d'une matrice cimentaire et d'un renforcement par des textile ou fibres (en carbone, en verre ou en autre matière, …) sont souvent utilisés pour réparer ou/et renforcer les éléments structurels porteurs (dalle, poutre, colonne) d'anciens ouvrages de génie civil. Ils peuvent être également utilisés comme des éléments porteurs dans les structures neuves (éléments de préfabrications). Afin de développer des composites TRC avec de bonnes caractéristiques à température élevée, on a fait une combinaison entre les textiles de carbone qui possède une bonne capacité mécanique et une matrice réfractaire qui assurent une transmission de charge entre le textile de renforcement et les protège thermiquement contre l'action de température élevée. Le comportement thermomécanique des composites TRC de carbone est expérimentalement et numériquement étudié à l'échelle mésoscopique dans cette thèse. L'avancement scientifique sur ce sujet de thèse permettrait d'améliorer la stabilité au feu des structures qui sont renforcées par des matériaux composites TRC. Ce sujet contribuerait aux intérêts sociaux et économiques significatifs pour le génie civil dans le monde entier en général et au Vietnam en particulier. La thèse concerne la caractérisation expérimentale et modélisation numérique du comportement thermomécanique à température élevée des matériaux composites TRC à l'échelle mésoscopique. Dans une première partie expérimentale, les textiles de carbone (des produits commerciaux sur le marché), la matrice du béton réfractaire et l'interface textile/matrice ont été testés au régime thermomécanique à température constante (allant de 25 °C à 700 °C). Les résultats obtenus montrent un effet du traitement du textile sur le comportement et mode de rupture des textiles de carbone et de l'interface textile/matrice. Un modèle analytique a été également utilisé pour déterminer l'évolution des propriétés thermomécaniques des textiles de carbone en fonction de la température. Le transfert thermique dans l'éprouvette cylindrique du béton réfractaire a été réalisé pour valider les propriétés thermiques du béton réfractaire. Tous les résultats obtenus dans cette partie sont utilisés comme données pour le modèle numérique dans la partie de modélisation. La deuxième partie expérimentale explore le comportement thermomécanique des TRCs sous deux régimes : thermomécanique à température constante et thermomécanique à force constante. Deux textiles de carbone, qui ont donné les meilleures performances à température élevée, ont été choisis pour une fabrication des TRCs. Les résultats expérimentaux montrent un comportement thermomécanique avec l'écrouissage (trois ou deux phases) à température modérée et un comportement fragile à température supérieure de 500 °C. Au régime thermomécanique à force constante, deux composites TRCs peuvent résister plus long que les textiles de carbone seuls grâce à bonne isolation thermique de la matrice cimentaire. En comparant les deux résultats sur les éprouvettes de TRC, l'effet du renforcement de textile (le taux de renfort, le produit de traitement, la géométrie du textile) sur le comportement thermomécanique a été analysé. Tous les résultats expérimentaux de cette partie ont été utilisés pour valider et comparer avec ceux obtenus à partir du modèle numérique. La partie de modélisation numérique a deux buts : prédire le comportement thermomécanique global du composite TRC à partir des propriétés thermomécaniques des matériaux constitutifs ; valider le transfert thermique dans le composite en cas d'augmentation de la température pour prédire la température de rupture ou la durée d'exposition du composite [etc...] TRC materials, consisting of a cement matrix and a reinforcement by textiles or fibers (carbon, glass or other fibre, etc) are often used to repair or/and strengthen the loading structural elements (slab, beam, column) of old civil engineering works. They can also be used as loading elements in new structures (prefabrication element). In order to develop TRC composites with good characteristics at high temperature, a combination has been made between the carbon textiles which have a good mechanical capacity and a refractory matrix which provides a load transfer between the reinforcement textiles and thermally protects them against the action of high temperature. The thermomechanical behavior of carbon TRC composites is experimentally and numerically studied at the mesoscale in this thesis. Scientific advancement on this thesis topic would improve the fire stability of structures that are reinforced by TRC composite materials. This topic would contribute to significant social and economic interests for civil engineering worldwide in general and Vietnam in particular. My thesis work concerns the experimental characterization and numerical modeling of the high temperature thermomechanical behavior of composite materials TRC at the mesoscale. In a first experimental part, the carbon textiles (commercial products on the market), the refractory concrete matrix and the textile/matrix interface were tested at constant temperature thermomechanical regime (ranging from 25 °C to 700 °C). The results obtained showed an effect of the textile treatment on the mechanical behavior and failure mode of the carbon textiles and the textile/matrix interface. An analytical model was also used to identify the evolution of thermomechanical properties of carbon textiles as a function of temperature. The thermal transfer in the cylindrical specimen was carried out to validate the thermal properties of refractory concrete. All results obtained in this part are used as input data for the numerical model in the modeling part. The second experimental part explores the thermomechanical behavior of TRCs under two regimes: thermomechanical at constant temperature and thermomechanical at constant force. Two carbon textiles, which gave the best performance at high temperature, were chosen for the manufacture of TRCs. The experimental results showed a hardening behavior with three or two phases at moderate temperature and a brittle behavior at higher temperature of 500 °C. In thermomechanical regime at constant force, two TRC composites can resist longer than carbon textiles alone thanks to good thermal insulation of refractory matrix. By comparing the two results on the TRC specimens, the effect of textile reinforcement (reinforcement ratio, treatment product and textile geometry) on the thermomechanical behavior was analyzed. All the experimental results of this part were used to validate and compare with those obtained from the numerical model. The purpose of the numerical modeling part is to predict the global thermomechanical

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Rapontchombo, Omanda Jessie. "Performances de garnitures frittées métalliques à basse teneur en cuivre pour les applications de freinage ferroviaire haute énergie." Thesis, Lille 1, 2019. http://www.theses.fr/2019LIL1I039/document.

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Abstract:

Les matériaux de garniture de frein ferroviaire haute énergie sont des composites à matrice métallique de formulations complexes et fortement hétérogènes. L’orientation vers ce type de matériau découle des nombreuses performances que le système de frein à disque doit assurer : tribologique (frottement, usure), thermomécaniques (intégrité en température), acoustiques (crissement). De nouvelles normes environnementales conduisent à des évolutions nécessaires des garnitures vers par exemple, des formulations à basse teneur en cuivre. La complexité des formulations conduit à des développements principalement empiriques. Il est proposé dans ce travail de développer des méthodologies améliorant la compréhension du lien entre la formulation des matériaux de friction et ses performances en freinage. Le premier volet des travaux exposés consiste en des caractérisations microstructurales couplées à des mesures de propriétés thermophysiques des matériaux. Celles-ci menées sur des matériaux neufs et après sollicitations de freinage ont montrées des évolutions significatives. Le second volet de l’étude concerne les essais à l’échelle réduite permettant d’atteindre des sollicitations analogues à celles durant des essais de performances à l’échelle 1. Les échantillons de dimensions réduites simplifient les analyses tribologiques. Le dernier volet des travaux s’intéresse aux aspects vibroacoustiques via des essais sur un système simplifié qui mettent en évidence le rôle du circuit tribologique. Outre ces apports méthodologiques, l’étude montre l’impact des axes de développement des nouvelles formulations. Des explications sont données sur les liens entre la formulation, propriétés et performances thermomécaniques, vibroacoustiques et tribologiques des garnitures. Tout comme les méthodologies proposées, elles doivent permettre d’améliorer les développements futurs High energy railway brake materials are metallic matrix composite with complex and highly heterogeneous formulations. The technological choice towards this type of material for brake pads stems from the many performances that disc brake system must ensure: tribological performances (friction coefficient, wear), thermomechanical performances (integrity in temperature), acoustic performances (squeal). New international environmental standards, lead to evolutions of pad formulations, consisting of reduce copper content. Because of complexity of the formulations, the developments are empirical. It is proposed in this work to develop methodologies that improve the understanding of the link between the formulation of friction materials and their braking performances. The first part of the works consists of microstructural characterizations of the materials on new materials and after braking solicitations showing significant evolutions. The characterizations are coupled with measurements of the thermophysical properties. The second part of the study concerns reduced scale tests that achieve similar solicitations to full scale performance braking tests. Reduced scale samples simplify tribological analysis. The last part of the work focuses on vibroacoustic aspects by studying squeal tendency of a simplified system that highlight the role of the tribological circuit. In addition to these methodological contributions, the study shows the impact of the development axes of the new formulations. Explanations are given on the links between the formulation, properties and performances: thermomechanical, vibroacoustic and tribological. As the proposed methodologies, they must allow to improve prospective material developments

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Warchal, Andrzej. "Study of the influence of additives (antioxidants) on the thermomechanical properties of carbon-bonded refractory composites." Thesis, Limoges, 2018. http://www.theses.fr/2018LIMO0050.

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Abstract:

Les réfractaires alumine-carbone sont largement utilisés dans la coulée continue de l'acier. Ils sont responsables du contrôle du flux d'acier et de sa protection contre l'oxydation. Cependant, pour améliorer leur propre résistance à l'oxydation, plusieurs additifs tels que des carbures, des métaux, des composés à bas point de fusion et des frittes de verre sont ajoutés en tant qu'antioxydants. Dans cette étude, l'influence de ces additifs, ainsi que des conditions de cuisson, sur les propriétés liées à la résistance aux chocs thermiques des matériaux réfractaires à matrice carbonée a été étudiée. Des matériaux modèles, ayant une composition simplifiée par rapport aux matériaux industriels, ont été étudiés pour faciliter la compréhension des interactions entre les différents constituants du composite. Le comportement des matériaux réticulés (avant cuisson) et cuits a été étudié. La première partie de l'étude a montré que les antioxydants peuvent modifier les propriétés du réfractaire par différents mécanismes : cristallisation de la liaison carbone (B4C), guérison des microfissures (borax et fritte de verre) et formation de nouvelles phases (Al-Si). Cependant, puisque les additifs métalliques sont les antioxydants les plus largement utilisés dans les produits de Vesuvius, la deuxième partie de l'étude a porté sur leur impact (Al-Si,Al-Mg et Al) sur les propriétés clés influençant la résistance aux chocs thermiques. En plus, l'impact des conditions de cuisson (température et atmosphère) a également été étudié. Il a été prouvé que tous les antioxydants métalliques réagissent avec d'autres constituants pour former de nouvelles phases qui à la fois rigidifient le réfractaire et augmentent sa valeur du coefficient de dilatation thermique. Malheureusement, un tel comportement entraîne une détérioration de la résistance aux chocs thermiques. De plus, il s'est avéré que l'atmosphère de cuisson a une influence négligeable sur la réactivité des additifs et donc sur les propriétés finales du réfractaire. Ainsi, la température de cuisson est le paramètre qui a l'impact le plus important sur l'évolution réfractaire. Tous les résultats obtenus facilitent le choix des antioxydants et des conditions de cuisson pour obtenir les propriétés souhaitées du réfractaire Alumina-carbon refractories are widely used in the continuous casting of steel. They are responsible for the steel flow control and its protection against oxidation. However, to improve their own oxidation resistance, several additives such as carbides, metals, low melting point compounds and glass frits are added as antioxidants. In this study, the influence of these additives, as well as firing conditions, on the properties related to the thermal shock resistance of carbon-bonded refractories was studied. Model materials, having simplified composition compared to the real industrial ones, were investigated tofacilitate the comprehension of interactions between different constituents of the composite. Behavior of both cured (before firing) and fired materials was studied. The first part of the study proved that antioxidants may modify the properties of the refractory through different mechanisms: crystallization of the carbon bond (B4C), microcracks healing (anhydrous borax and glass frit) and formation of new phases (Al-Si). However, since the metallic additives are the most widely used antioxidants in Vesuvius' products, the second part of the study was focused on their (Al-Si, Al-Mg and Al) impact on the key properties influencing the thermal shock resistance. What is more, the impact of firing conditions (temperature and atmosphere) was also investigated. It was proved that all metallic antioxidants react with other constituents to form new phases which both rigidify the refractory and increase its value of the coefficient of thermal expansion. Unfortunately, such behavior results in worsening of the thermal shock resistance. Moreover, it turned out that the firing atmosphere has a negligible influence on the additives reactivity and thus the final properties of the refractory. Thus, firing temperature is the parameter that has the most important impact on the refractory evolution. All the obtained results facilitate the choice of antioxidants and firing condition to obtain desired properties of the refractory

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Ben, Attia Houssemeddine. "Elaboration et caractérisation des membranes à base de Nafion® / H3 et Nafion® / H1 pour les piles à combustible." Thesis, Grenoble, 2013. http://www.theses.fr/2013GRENI040/document.

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Cette étude concerne l’élaboration et la caractérisation de membranes composites de piles àcombustible PEMFC. Ces nouveaux composites associent un ionomère commercial leNafion® à des charges acides minérales qui sont des acides phosphoantimoniques. Descharges mono et triacides, H1 et H3, ont été utilisées à des taux massiques compris entre 5 et20%. Outre, leur contribution à la conduction protonique et à l’hydratation, les 2 chargesaméliorent sensiblement, même à faible taux, la tenue thermomécanique des membranes. Cerenforcement permet de diminuer l’épaisseur des membranes et donc la chute ohmique. Lestests en pile, réalisés dans une large gamme d’hydratation des gaz et de température,démontrent l’apport incontestable des charges, les membranes composites étant sensiblementplus performantes dès lors que la température de fonctionnement atteint ou dépasse 80°C This study deals with the elaboration and characterization of composite membranes intendedto be used in PEMFC. These new composites combine a commercial ionomer, Nafion®, withinorganic acidic fillers that are phosphatoantimonic acids. Mono and triacid fillers, H1 and H3, have been used at 5 to 20wt% contents. Besides, their contribution to proton conductionand hydration, both fillers markedly improve, even at low content, the thermomechanicalperformances of the membranes. This reinforcement allows the thickness and, therefore, theohmic drop to be decreased. The MEA tests, performed in a wide range of gas humidificationand temperature, indisputably demonstrate the benefic effect of the fillers; Compositemembranes performing significantly better as soon as the operating temperature reaches orexceed 80°C

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Cailleux, Emmanuel. "Microstructure et comportement thermomécanique d'un béton réfractaire renforcé par des fibres métalliques." Paris, ENMP, 2001. http://www.theses.fr/2001ENMP1039.

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Abstract:

Comparés aux matériaux métalliques, les bétons réfractaires utilisés comme outillage de formage superplastique d'alliages d'aluminium ou de titane présentent de nombreux avantages, notamment au niveau des coûts matériaux et des coûts de mise en œuvre. Néanmoins, leur comportement fragile conduit souvent à la rupture de l'outillage lors des étapes de manutention et de démoulage. L'ajout de fibres métalliques, capables d'améliorer les performances mécaniques d'un béton réfractaire, est une solution pour contrer ce problème de fragilité. Cette étude a donc eu pour objectif d'optimiser Ie comportement thermomécanique d'un béton réfractaire renforcé de fibres métallique dans le domaine de température 20ʿC-1000ʿC. Dans un premier temps, les transformations microstructurales du béton réfractaire avec la température ont été identifiées. Elles ont notamment permis de définir un cycle de cuisson conduisant à une stabilité physico-chimique et dimensionnelle du matériau. Dans un deuxième temps I'étude présente une modélisation thermomécanique ayant pour objectifs l'optimisation au niveau micromécanique de l'efficacité des fibres et l'optimisation au niveau macromécanique de paramètres de formulation et de répartition des fibres. Un modèle micromécanique basé sur l'utilisation de la résistance des matériaux a été développé. Il intègre les mécanismes d'arrachement élémentaires mis en évidence au moyen d'un essai de pullout haute température, ainsi que l'effet du cycle de cuisson et de la température d'essai sur la résistance de l'interface fibre/matrice. La modélisation macromécanique est basée sur l'utilisation du modèle micromécanique,ainsi que sur la quantification de la répartition des fibres dans la matrice par stéréovision. Un essai de traction directe haute température a été développé et a conduit à la validation de ce modèle. Une étude paramétrique a ensuite permis de quantifier et de discuter l'influence de paramètres matériaux et de formulation.

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Tessier, Romain. "Elaboration de nanocomposites à matrice polypropylène greffé amidon renforcée de montmorillonite pour application automobile." Thesis, Lille 1, 2012. http://www.theses.fr/2012LIL10160/document.

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Abstract:

Des nanocomposites polypropylène greffé amidon (PP-g-amidon) / argile organomodifiée ont été élaborés par extrusion bi-vis corotatives. Des compatibilisants de type polyoléfine greffée anhydride maléique (PP-g-MA), homopolymère PP ou copolymère éthylène-propylène, présentant différentes masses moléculaires et différents taux de greffage en MA ont été ajoutés à différents taux d’incorporation. Deux montmorillonites organomodifiées ont été utilisées contenant, l’une des groupes fonctionnels polaires présentant une affinité avec la phase amidon, l’autre des groupes fonctionnels apolaires ayant une affinité avec la phase PP de la matrice. La meilleure miscibilité des mélanges PP-g-amidon/PP-g-MA a été observée dans le cas d’un faible taux de compatibilisant (5wt%) copolymère éthylène-propylène greffé MA, qui combine la masse moléculaire la plus faible et le taux de greffage en MA le plus élevé (1,4 wt%), et présente un comportement rhéologique proche de celui du PP-g-amidon. L’optimisation des performances mécaniques (augmentation de rigidité et de résistance sans perte significative de ductilité) des hybrides ternaires a ensuite été obtenue de deux manières : (i) en ajoutant la montmorillonite apolaire, la compatibilisation n’étant alors pas fondamentale, (ii) en utilisant la montmorillonite polaire, ce qui nécessite une compatibilisation entre la phase polypropylène de la matrice et le surfactant de l’argile par une polyoléfine-g-MA suffisamment greffée en anhydride maléique (maléation de la phase polyoléfine>0,3wt%) dont la viscosité à la température de transformation est proche de celle de la matrice PP-g-amidon Starch-grafted polypropylene (PP-g-starch) / organoclay nanocomposites were melt-compounded by co-rotating twin-screw extrusion. Homopolymer or copolymer-based polypropylene-grafted maleic anhydride (PP-g-MA) with different molecular weights and different maleic anhydride (MA) grafting levels was added at different weight contents as compatibilizer. Two organo-modified montmorillonites were used, the first one containing polar functional groups having affinity with the starch phase, and the other one containing non polar-groups having affinity with the PP phase of the polymer matrix. The best miscibility of PP-g-starch/PP-g-MA blends was observed for low content (5wt%) of the ethylene-propylene copolymer-based PP-g-MA, which combines the lowest molecular weight and the highest MA-grafting level (1,4 wt%), and has a rheological behaviour close to that of PP-g-starch. Optimisation of mechanical properties (rigidity and strength increase without significant loss of ductility) of the ternary hybrids was then achieved by two ways: (i) by using the non polar montmorillonite, compatibilization being not essential in that case; (ii) by using the polar montmorillonite, which requires a compatibilization between the PP phase of the matrix and the starch organomodifier with a sufficiently MA-grafted polyogefin-g-MA (maleation of the polyolefin > 0,3wt%) whose viscosity at the processing temperature is close to that of the PP-g-starch matrix

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Pedoto, Giuseppe. "Characterization and Modelling of the Thermomechanical and Ageing Behavior of PEKK and C/PEKK Composites for Aircraft Applications at High Temperatures (above the Glass Transition Temperature) Characterization of the mechanical behavior of PEKK polymer and C/PEKK composite materials for aeronautical applications below and above the glass transition temperature." Thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2020. http://www.theses.fr/2020ESMA0011.

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Abstract:

La sensibilisation accrue aux questions environnementales concerne aujourd'hui les structures aéronautiques en termes d'impact environnemental et traitements de fin de vie. Dans cette optique,la possibilité de remplacer, dans les composites à matrice organique (CMO) utilisés pour des applications aéronautiques, leur matrice thermodurcissable non recyclable par une matrice thermoplastique recyclable est étudiée. En outre, les polymères thermoplastiques, tels que le PEKK, ont la possibilité d'être utilisés dans des structures plus chaudes (par exemple le pylône d'un avion), faisant l'objet de sollicitations de longue durée (fluage). Les températures de service de ces structures plus élevées que celles de la température de transition vitreuse du PEKK : il en découle, dans le matériau, une perte de propriétés due au changement d'état de solide à caoutchoutique, et éventuellement l'activation de phénomènes de cristallisation etde dégradation, qui pourraient également interagir. Ce travail vise à identifier et à modéliser ces mécanismes caractérisant le comportement du PEKK, dans ces conditions extrêmes particulières.Ceci est réalisé à partir de l'analyse des résultats des essais thermomécaniques, physico-chimiques et thermomécaniques couplés avec l’oxydation. Le modèle analytique 1-D du comportement duPEKK qui résulte de l’analyse des essais est étendu en 3-D et implémenté dans une méthode d'homogénéisation/localisation semi-analytique multi-échelle pour simuler le comportement dans mêmes conditions de composites stratifiés à matrice PEKK, en faisant varier l'orientation des plis et la séquence d'empilement The nowadays increased awareness towards environmental issues concerns aircraft structures in terms of environmental impact and end-of-life disposal. In this optics, the possibility of replacing in the organic matrix composites (CMO) employed for aircraft applications the non-recyclable thermosetting matrix with a recyclable thermoplastic one is investigated. Moreover, thermoplastic polymers, such PEKK, have the possibility of being employed in warmer structures (e.g. the aircraft pylon), undergoing long duration solicitations (creep).The service temperatures for those structures are higher than the PEKK glass transition temperature, provoking, in the material, a loss of properties deriving from a change of state from solid to rubber, and possibly the activation of crystallization and degradation phenomena, which could also interact. This work aims to identify and model the mechanisms characterizing PEKK behavior, under the structure operative service conditions. This is achieved from the analysis of the results of thermomechanical, physical-chemical and coupled thermomechanical/oxidation tests. The resulting 1-D analytical model of the PEKK behavior, is extended in 3-D and implemented in a multi-scale semi-analytical homogenization / localization method to simulate PEKK based composites under the same conditions, varying the plies orientation and stacking sequence

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Dissertations / Theses on the topic 'Composites – Propriétés thermomécaniques – Prévision'

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