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Thèse présentée en vue de l’obtention Du diplôme de Doctorat en Sciences : Géni

Thèse présentée en vue de l’obtention Du diplôme de Doctorat en Sciences : Génie Mécanique Option : Génie Mécanique Contribution à l’étude de l’endommagement dans les matériaux composites sandwiches Présentée par : DJEMAI Hocine Soutenue publiquement le 08/01/2017 Devant le jury composé de : TATI Abdelouahab. Professeur Président Université de Biskra HECINI Mabrouk Professeur Rapporteur Université de Biskra BENBOUTA Rachid Professeur Examinateur Université de Batna 2 BRIOUA Mourad Professeur Examinateur Université de Batna 2 GHOMARI Tewfik Professeur Examinateur USTO d’Oran DERFOUF Semch-Eddine Maitre de conférences –A- Examinateur Université de Biskra الجمهورية الجزائرية الديمقراطية الشعبية République Algérienne Démocratique et Populaire وزارة التعليم العالي و البحث العلمي Ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche scientifique Université Mohamed Khider – Biskra Faculté des Sciences et de la Technologie Département : Génie Mécanique Réf. :……………… جامعة محمد خيضر بسكرة كلية العلوم و التكنولوجيا :قسم الهندسة الميكانيكية :المرجع……….. Résumé Ce travail a été mené dans le but d’étudier l’endommagement dans les structures sandwiches. Cette étude comporte un volet expérimental un volet analytique et numérique. Les structures sandwiches étudiées sont le résultat de la combinaison de quatre matériaux différents, le composite verre- polyester et le contreplaqué d’une part utilisés comme des peaux et le liège aggloméré et polystyrène d’autre part comme un cœur. La caractérisation mécanique expérimentale a été effectuée par des essais de traction, de compression et de flexion trois points sur les peaux et le cœur ainsi que sur ces sandwiches. Les essais de délaminage en mode I ont portés sur des poutres de type double poutre encastrée sur les peaux et les poutres sandwiches. L’amorçage de la fissure est caractérisé par la ténacité exprimée par le taux de restitution d'énergie GIC déterminé par la méthode de Berry Pour les peaux et par la théorie des poutres modifiées pour les sandwiches. L’étude numérique a été consacré à la détermination des caractéristiques mécanique du stratifié Verre/Polyester par le modèle de Mori-tanaka puis la simulation des essais de flexion trois points et l’essai de délaminage en utilisant le logiciel d’élément finis ABAQUS. Les peaux sont considérées comme un matériau orthotrope tandis que le cœur comme isotrope transverse. La comparaison du comportement mécanique des quatre structures sandwiches étudiées a montré que la rigidité globale de la configuration du Verre/Polyester comme peau et liège aggloméré comme cœur est plus élevée par rapport aux autres configuration des structures sandwiches. Mots Clés : Sandwiches, Rigidité globale. Flexion trois points, Délaminage, L’amorçage ملخص يهدف هذا العمل الى دراسة األضرار المتعلقة بالمواد المركبة (السندويتشات), حيث يحتوي عل ى جزء تجريبي, تحليلي و جزء رقمي. السندويتشات األربعة التي ت تم دراستها هي نتيجة تركيب أربع مواد, األلياف الزجاجية- البوليستير و الخشب الرقائقي كطبقتين و الفلين المعالج و البوليستيرين يمثالن القلب )(النواة,وقد تم أيجاد الخصائص أو السلوكات الميكانيكية لل سندويتشات ا ألربع ة تجريبيا بإستعمال تجارب الشد, الضغط و اإلنحناء بثال ث نقاط لل طبقتين و القلب وكذلك لل سندويتشات. إن التلف بالتصفح هو نوع من األضرار المتعلقة بالمواد المركبة التصفحية و السوندويتشات التي يتم التعبير عنها بإنفصال بين الصفائح في المواد المركبة التصفحية و إنفصال بين ال.طبقتين و القلب في السوندويتش وقد خصص ت دراسة عددية دا إليج الخصائص الميكانيكية للمادة المركبة (ا اللياف الزجاجية-البوليستير) عن طريق نموذج موري- تاناكا ثم بمحاكاة تجارب اإلنحناء بثال ث نقاط و تجارب التلف بالتصفح نقوم باستخدام برنامج ABAQUS . ,بالمقارنة بين السلوكات الميكانيكية لهذه السندويتشات اللتي بدورها عرضت الى اإلنحناء بثالث نقاط نجد أ ن الصالبة الكلية للسوندويتش المتكون من االلياف الزجاجية- البوليستير\ الفلين المعالج أكبر من الصالبة الكلية للسوندويتشات االخرى :كلمات مفتاحيه ,سوندويتش الصالبة الكلية ,اإلنحناء بثالث نقاط ,التلف بالتصفح ,فتح المسامات Abstract This work was conducted to study the damage in sandwich structures. This study includes an experimental, analytical and numerical part. These sandwich panels are result of the combination of four different composite materials, glass-polyester and plywood used as skins and cork agglomerate , polystyrene used as a core. Experimental mechanical characterization has been done by tensile test, compression test and bending three point test in skin , in core and in sandwich srtucturs. The delamination test in mode I have carried on the type double cantilever beams on the skins and sandwiches beams. The initiation of the crack is characterized by toughness obtained by determining energy release rate GIC by Berry method for skins and by modified beam theory mehtod for sandwiches. numerical study has been devoted to determination mechanical characteristics of laminated composite (glass fiber / polyester) by Mori-Tanaka model, Then simulation three points bending and delamination using ABAQUS code. The skins are considered an orthotropic material while the core as transverse isotropic. From the comparison between the mechanical behavior of these four sandwich panels which was tested for bending three point; the sandwich with Glass Polyester as skin and Cork agglomerate as core has the highest overall stiffness compared to the other sandwich panels. Keywords: Sandwichs, Ovral Stifeness, Bending three point, Delamination, Inerlayer REMERCIEMENTS Ce travail a été réalisé au laboratoire de Génie Mécanique (LGM) et au laboratoire de Génie Energétique et Matériaux (LGEM), de l’université de Biskra sous la direction de Monsieur Le Professeur HECINI Mabrouk, directeur de laboratoire de génie mécanique (LGM), que je tiens à lui adresser ma profonde reconnaissance. Je remercie le Professeur Abdelouahab TATI, directeur de laboratoire de Génie Energétique et matériaux (LGEM), a accepté de présider le Jury de la soutenance, qu’il soit assuré de ma profonde reconnaissance. Je tiens également à remercier Messieurs les Professeurs Rachid BENBOUTA, Mourad BRIOUA de l’université de Batna et le professeur Tewfik GHOMARI de USTO d’Oran, ainsi que Monsieur Semch-Eddine DERFOUF maître de conférences (A) au Département de Génie Mécanique de Biskra, qui ont bien accepté la lourde tâche d’examinés ce travail doctoral. Je tiens à remercier vivement Dr. GUERIRA Belhi, responsable du hall technologique du département de Génie Mécanique de l’université de Biskra, pour son aide à achever la partie expérimentale. Je remercie Monsieur le professeur Adel BENCHABANE, Monsieur Lakhdar SEDIRA, Maitre de Conférences (A), Adnane LABED, Maitre de conférences (A) et monsieur Tahar MASRI, maitre assistant (A) pour leurs aides et leurs disponibilités pour l’accomplissement de ce travail. Je n’oublierai pas d’associer dans mes remerciements mes collègues, les plus chers, Messieurs Tarek DJOUDI, Youcef DJEBLOUN, Dr. Abdelkarim MERZOUGUI, Dr. Djemoui LAYADI, Dr. Mohamed Moustapha TOUBA et Dr. Kamel AOUES. Hocine DJEMAI Dédicaces Je remercie bien Allah tout puissant de m’avoir accordé le courage et la patience pour accomplir ce modeste travail. Je dédie ce modeste travail aux deux personnes les plus chers au monde, mon père que dieu l’accueille en son vaste paradis et ma mère que dieu la garde pour nous. A mes frères, Nassreddine que dieu l’accueille en son vaste paradis, Abdelhak et Charafeddine. A mes sœurs Soumia, Karima et Mebarka (Hedjila) A mon épouse Hanan, mes enfants : Mohamed Wail Dia-eddine, Mouatassembillah et ma fille Tasnim pour leur patience, leur encouragement et leur soutient affectif sans lequel ce travail n’aurait pu être mené à bien. A mes beaux frères Ameira, Boubaker, Amar, yacine, sayefeddine et mes belles sœurs et leurs enfants. A tous les enseignants du département de Génie mécanique de l’université Mohamed Khider de Biskra A tous ceux qui me sont chers Sommaire Sommaire Liste des tableaux. Liste des figures. Nomenclatures. Introduction Générale. Chapitre I : Généralité sur les structures sandwiches Introduction …………………………………………………………………………………... I.1. Définition des structures sandwiches …………………………………………………… I.2. Domaine d’application des structures sandwiches …………………………………….. I.3. Constituants des structures sandwiches ……………………………………………....... I.3.1. peaux ............................................................................................................................. I.3.2. Cœur (L’âme) ……………………………………………………………………….. I.4. Endommagement des structures sandwiches ………………………………………….. Chapitre II : Comportement mécaniques des structures sandwiches en statique Introduction …………………………………………………………………………………... II.1. Comportement de la monocouche ……………………………………………………... II.2. Théorie classique des stratifiés ………………………………………………………… II.3. Théorie des plaques sandwiches ……………………………………………………….. II.3.1. Champ de déplacements …………………………………………………………… II.3.2. Champ des déformations …………………………………………………………... II.3.3. Champ des contraintes .............................................................................................. II.4. Relations fondamentales des plaques sandwiches ……………………………………. II.4.1. Equation constitutive ………………………………………………………………. II.5. Flexion des poutres sandwiches ………………………………………………………... 05 06 07 08 09 15 17 27 27 31 34 35 35 37 38 38 40 II.6. Mécanique linéaire de la rupture ……………………………………………………… II.6.1. Mécanique de la rupture …………………………………………………………… II.6.2. les modes de rupture ………………………………………………………………. II.6.3. Approche énergétique ……………………………………………………………... II.6.4. Approche en contrainte ……………………………………………………………. II.6.5. Détermination de l’énergie de délaminage sur une éprouvette (DPE) …………….. Chapitre III : Etude Expérimentale Introduction …………………………………………………………………………………... III.1. Matériaux utilisés ……………………………………………………………………… III.1.1. Peaux ……………………………………………………………………………. III.1.2. Cœur …………………………………………………………………………….. III.2. Procédé d’élaboration du sandwiche …………………………………………………. III.2.1. Elaboration des Peaux …………………………………………………………... III.2.2. Elaboration du sandwiche ..................................................................................... III.3. Techniques expérimentaux ……………………………………………………………. III.3.1. Caractéristiques mécaniques des matériaux …………………………………….. III.3.1.1. Taux de fibres …………………………………………………………. III.3.1.2. Essai de traction dans les peaux ………………………………………. III.3.1.3. Essai de Flexion trois points dans les peaux ………………………….. III.3.1.4. Essai de Compression dans le cœur …………………………………… III.3.1.5. Essai de Flexion trois points dans les sandwiches …………………….. III.3.2 Délaminage en mode I d’ouverture ……………………………………………… III.3.2.1.Délaminage en mode I d’ouverture dans les peaux ……………………. III.3.3.2.Délaminage en mode I d’ouverture dans les sandwiches ……………… III.4.Etude des faciès de rupture …………………………………………………………….. III.4.1.Essais de traction et flexion trois point des peaux ………………………………. III.4.2. Essais du délaminage des peaux ………………………………………………... III.4.3. Essais de flexion trois points des sandwiches …………………………………... 48 49 49 50 51 52 57 uploads/Ingenierie_Lourd/ endomagement-panneau-sandwich.pdf