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Etude du comportement mécanique des matériaux composites destinés à  l'aéronautique


par Asma BESSAAD
Université Mhamed Bougara Boumerdes - Master en Physique des matériaux 2022
  

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I.7.1. Les avantages des matériaux composites pour utilisation aéronautique y' Ils sont associés à de nombreuses possibilités de conception ce qui permet de

construire des avions de plus en plus légers, réduisant ainsi les dépenses de carburant

et économisant ainsi combustibles fossiles et bien sûr la réduction de la pollution. y' Une grande résistance à la fatigue entraîne donc une maintenance réduite.

y' Insensibles aux produits chimiques "mécaniques " comme les graisses, huiles, peintures, solvants et le pétrole.

y' Faible vieillissement sous l'action d'humidité, de la chaleur et de la corrosion (sauf en cas de contact entre l'aluminium et les fibres de carbone).[7,19]

I.7.2. Les inconvénients des matériaux composites destinés à l'aéronautique

· Le vieillissement sous l'action d'eau et de la température (la température est basse lorsque l'avion est en vol mais élevée dans le hangar des avions par exemple au désert ou la température peut dépasser 50 °C).

· Tenue à l'impact moyenne par rapport aux métaux.

· Emission de fumées parfois toxiques pour certaines matrices en cas de feu[2].

I.8. Les exigences des matériaux composites stratifiés en aéronautique

Les composites renforcés de fibres à base de résines thermodurcissables permettent d'atteindre d'excellentes performances mécaniques sont très appropriées pour l'aéronautique et les voitures premium de course[20]. A ce critère est venue s'ajouter depuis plusieurs années et d'une manière cruciale, une exigence de dimensionnement à la fatigue. La raison en est que les matériaux composites ne sont plus confinés à des parties dites secondaires, c'est-à-

CHAPITRE I Matériaux composites pour l'aéronautique

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dire ne reprenant que peu d'efforts, mais à des structures primaires largement sollicitées, pour lesquelles une sécurité accrue est exigée.[21]

Pour de nombreux stratifiés aérospatiaux, chaque pli a une épaisseur comprise entre 0,1 et 0,25 mm et contient des fibres noyées dans une fine couche de matrice polymère.

Dans un stratifié, l'orientation des fibres par rapport à la direction de chargement principale peut varier d'un à l'autre. L'ordre dans lequel les strates avec différentes orientations de fibres sont empilées est appelé la séquence d'empilement et est conçu pour obtenir la rigidité et la résistance souhaitée pour le stratifié.

Figure I.17 : Stratifié à plis de construction [0/90/0/0/90/0°] [22]

Les couches à 90° aident à réduire la fissuration entre les fibres dans les couches à 0°, ce qui est souvent un problème si la structure ne contient que des fibres à 0°.

I.9. Conclusion

Les principales raisons d'utiliser des matériaux composites dans la structure d'aviation en première classe consiste à réduire la masse tout en maintenant l'excellence du comportement mécanique.

Le changement d'orientation entre les couches de renforts dans le stratifié aident à réduire la fissuration entre les fibres donc améliorer les propriétés mécaniques de ces composites.

CHAPITRE I Matériaux composites pour l'aéronautique

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Références du chapitre I

1. Summerscales, J., Microstructural characterisation of fibre-reinforced composites.
1998: CRC Press.

2. Costa, J.P.M.r., Caractérisation et modélisation des interfaces dans les composites
organiques stratifiés à haute température: Application à la tenue au feu des structures aéronautiques, 2021, ISAE-ENSMA Ecole Nationale Supérieure de Mécanique et d'Aérotechique-Poitiers.

3. Pommier, S., Science des Matériaux (LA 314).

4. Jean Pierre Mercier, Gérald Zambelli, Wilfried Kurz, Introduction à la science des
matériaux, PPUR, 1999

5. Charmet, J.-C., Mécanique du solide et des matériaux Elasticité-Plasticité-Rupture.
ESPCI-Laboratoire d'Hydrodynamique et Mécanique Physique, 2005: p. 113-144.

6. Aribi, C., Étude comparative du comportement des différents matériaux composites
(différentes matrices), 2012, Université de Boumerdès-M'hamed Bougara.

7. Basaid, Djamel. <i>Simulation Numérique Du Comportement Macroscopique Des
Matériaux Hétérogènes À Matrice Élastique Et Inclusion Élastoplastique Pour L'utilisation En Construction Aéronautique</i>. 2019. Université M'hamed Bougara - Boumerdes, Thèse de Doctorat.

8. Hertz-Clemens, S., Etude d'un composite aéronautique à matrice métallique sous
chargements de fatigue: sollicitation mécano-thermique et propagation de fissures, 2002, École Nationale Supérieure des Mines de Paris.

9. Dumont-Fillon, J., Contrôle non destructif (CND). 1996: Ed. Techniques Ingénieur.

10. Berthelot, J.-M., Matériaux composites. Comportement mécanique et analyse des
structures, 1999. 4.

11. Latifa, M.B.H., Elaboration de matériaux composites biodégradables issus de
ressources renouvelables, 2016, Université de Mostaganem.

12. Friedrich, K., L. Chang, and F. Haupert, Current and future applications of polymer
composites in the field of tribology, in Composite materials. 2011, Springer. p. 129167.

13. Ledru, Y., Etude de la porosité dans les matériaux composites stratifiés
aéronautiques, 2009.

14. Vannucci, P., Matériaux composites structuraux, 2007, Université de Versailles et
Saint-Quentin-en-Yvelines.

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CHAPITRE I Matériaux composites pour l'aéronautique

15. Nguyen, A.V., Matériaux composites à renfort végétal pour l'amélioration des
performances de systèmes robotiques, 2015, Université Blaise Pascal-Clermont-Ferrand II.

16. Tossou, E., Développement de nouveaux composites hybrides renforcés par des
fibres de carbone et de lin: mise en oeuvre et caractérisation mécanique, 2019, Normandie Université.

17. Fendzi, C., Contrôle Santé des Structures Composites: application à la Surveillance
des Nacelles Aéronautiques, 2015, Paris, ENSAM.

18. Kerfriden, P., Stratégie de décomposition de domaine à trois échelles pour la
simulation du délaminage dans les stratifiés, 2008, École normale supérieure de Cachan-ENS Cachan.

19. Chapuis, D., V. Aerts, and R. Bonneville, Chapitre 4: Les nouveaux matériaux
composites pour l'aéronautique par Vincent Aerts, in Chimie, aéronautique et espace. 2021, EDP Sciences. p. 75-84.

20. Monti, M., et al., Design, manufacturing and FEA prediction of the mechanical
behavior of a hybrid-molded polycarbonate/continuous carbon fiber reinforced composite component. Composites Part B: Engineering, 2022. 238: p. 109891.

21. Renard, J., Fatigue des matériaux composites renforcés de fibres continues. 2010:
Ed. Techniques Ingénieur.

22. P.K.Malick. « Processing of Polymer Matrix Composites ».CRC press Broken Sound Parkway NW (2018).

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