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THÈSE DE DIPLME DE LICENCE D'INGÉNIEUR dans Mécanique appliquée Modélisation co

THÈSE DE DIPLME DE LICENCE D'INGÉNIEUR dans Mécanique appliquée Modélisation cohésive de la dépendance à la température des adhésifs à base d'époxy dans les chargements Mode I et Mode II par Tomas Walander Département de mécanique appliquée UNIVERSITÉ DE TECHNOLOGIE CHALMERS Göteborg, Suède 2013 Traduit de Anglais vers Français - www.onlinedoctranslator.com Modélisation cohésive de la dépendance à la température des adhésifs à base d'époxy dans les chargements Mode I et Mode II Tomas Walander © Tomas Walander, 2013. THÈSE DE LICENCE D'INGÉNIEUR n° 2013:08 ISSN 1652-8565 Département de mécanique appliquée Chalmers University of Technology SE-412 96 Göteborg Suède Téléphone + 46 (0)31-772 1000 Chalmers Reproservice Göteborg, Suède 2013 Résumé Dans ce travail, l'influence de la température sur les lois de cohésion pour deux adhésifs époxy est étudiée à des températures inférieures à la température de transition vitreuse pour le chargement en Mode I et en Mode II. Les lois de cohésion sont mesurées expérimentalement dans des conditions de charge quasi-statique dans la plage de température 30 80-C. Trois paramètres des lois cohésives sont étudiés en détail : la raideur élastique, le pic de contrainte et l'énergie de rupture. Des méthodes pour déterminer la rigidité élastique en Mode I et Mode II sont dérivées et évaluées. Avec ces méthodes, les résultats de ce travail montrent qu'il est possible de mesurer les trois paramètres pour chaque cas de charge en mode pur en utilisant uniquement les éprouvettes DCB et ENF. Même si les mesures ont tendance à s'étaler en valeurs, cela peut réduire considérablement le coût d'exécution des expériences. Il est montré que la plupart des paramètres cohésifs diminuent avec une température croissante dans les deux modes de chargement et pour les deux adhésifs. Une exception est l'énergie de rupture de Mode I pour l'un des adhésifs. Ceci est montré indépendant de la température dans la plage de température étudiée. Pour le même adhésif, l'énergie de rupture en mode II diminue continuellement avec une température croissante. Les résultats expérimentaux sont vérifiés par des analyses par éléments finis. Les simulations ne considèrent que les comportements cohésifs non couplés. En utilisant les résultats expérimentaux, des lois cohésives bilinéaires simplifiées à utiliser à n'importe quelle température dans la plage de température étudiée sont dérivées pour un adhésif dans les deux modes de chargement. Ceci est souhaité afin de simuler des structures collées qui subissent une large plage de température. Mots clés: Lois de cohésion, Adhésif époxy, Énergie de rupture, Contrainte maximale, Température, Analyses de régression, Module de cisaillement, Module d'Young. je Remerciements Ce travail a été réalisé au cours des années 2009 et 2013 au département de Mécanique des matériaux de l'Université de Skövde, Suède. Je tiens à remercier mon directeur de thèse, le professeur Ulf Stigh, pour avoir partagé son expertise dans des discussions fructueuses. Je tiens également à remercier mon directeur adjoint, le Dr Anders Biel. Principalement pour partager avec plaisir ses grandes connaissances dans les machines d'essai et l'électronique associée, mais aussi pour partager son expérience dans la recherche expérimentale d'adhésifs. De plus, je tiens à remercier le Dr Svante Alfredsson et le Dr Stephan Marzi pour leur aide et leur engagement dans mon travail. Je voudrais également adresser mes remerciements à mes anciens et actuels collègues de l'Université de Skövde ainsi qu'à l'institut Fraunhofer de Brême, en Allemagne. Enfin, ma plus profonde gratitude à ma famille et à mes amis pour leur soutien et à Kristina, Vilja et Maja pour m'avoir donné envie de rentrer chez moi quand je suis au travail. Tomas Walander Skövde, mars 2013 ii Liste des papiers en annexe Cette thèse se compose de deux articles annexes. Papier A Walander, T., Bienne, A. et Stigh, U., « Dépendance à la température des lois de cohésion pour un adhésif époxy lors du chargement en mode I et en mode II ». Soumis Papier B Walander, T., Bienne, A. et Stigh, U., "Une évaluation de la dépendance à la température des propriétés cohésives pour deux adhésifs époxy structuraux". Actes de la 19e Conférence européenne sur la fracture, Kazan, Russie, 26-31 août 2012. Contribution à des articles co-écrits Les deux articles annexés à cette thèse sont publiés avec mes superviseurs en tant que co-auteurs. Ma contribution à ces articles est énumérée ci-dessous. Papier A Planifié et écrit le papier. Responsable des développements théoriques. Planification et réalisation des expériences avec l'un des co-auteurs. Évalué les expériences. Responsable des simulations. Responsable des vérifications. Papier B Planifié et écrit le papier. Planifié et réalisé les expériences avec l'un des auteurs. Évalué les expériences. Présenté le travail à la conférence iii Contenu Résumé ................................................. .................................................................. ................................................. je Remerciements .................................................................. .................................................................. .............................. ii Liste des documents annexés .................. .................................................................. .................................................................. ....... iii Contribution aux articles co-écrits ..................................... .................................................................. ..................iii Introduction ............................... .................................................................. .................................................................. .......... 1 Résumé des pièces jointes .................................................................. .................................................................. ................. 3 Vérification par analyse par éléments finis .................................................. .............................................. 4 Travaux futurs envisagés .................................................................. .................................................................. .............................. 5 Les références ................................................. .................................................................. ............................................ 6 introduction Tester une structure expérimentalement en utilisant des méthodes d'essais destructifs est souvent une méthode inefficace qui est associée à des coûts élevés. L'une des principales raisons est le fait que la préparation et la réalisation des expériences prennent beaucoup de temps. Une autre raison des coûts élevés est que plusieurs expériences nominalement identiques doivent être effectuées afin d'obtenir des résultats fiables. C'est depuis que les résultats expérimentaux se sont répandus. En remplacement ou en complément des tests expérimentaux à grande échelle, il est plus rentable d'analyser une structure en utilisant la méthode des éléments finis. Cela devient évident lorsque plusieurs modifications et variantes doivent être testées et/ ou lorsque le coût de fabrication est élevé pour chaque composant testé. Avec l'utilisation d'adhésifs, les performances d'une structure peuvent être optimisées en permettant l'assemblage de matériaux légers et à haute résistance. Les structures d'ingénierie souffrent généralement d'une large plage de température. Le comportement mécanique des adhésifs étant connu pour être fortement dépendant de la température, cf. par exemple Kinloch (1987), un modèle numérique d'adhésifs doit prendre en compte la température comme paramètre. Aucun modèle de ce type n'a été trouvé dans la littérature ouverte. La résistance des structures multi-matériaux collées peut être prédite de manière adéquate en utilisant des éléments cohésifs dans une analyse par éléments finis, cf. ex. Carlberger et Stigh (2010a). Les relations constitutives de ces éléments sont représentées par des lois cohésives. Une loi de cohésion est une relation constitutive sur une échelle de longueur structurelle entre la traction exercée sur les interfaces de l'adhésif aux surfaces adhérentes et la séparation des interfaces. La déformation d'une couche adhésive est dominée par deux modes de chargement, cf. par exemple Klarbring (1991) et Schmidt (2008). Ce sont le Mode I et le Mode II. Le Mode I est caractérisé par la déformation de pelage et la contrainte de pelage et le Mode II par la déformation de cisaillement et la contrainte de cisaillement. Une illustration de ceci est donnée dans la Fig. 1. F - - v Tondre Adhésif couche w Peler t - w, v - Fig. 1 Une couche adhésive d'épaisseur initiale t, contraintes de cohésion ( , ) avec séparations de travail conjugué ( , ) et lois de cohésion illustrées pour le pelage pur (Mode I) ou le cisaillement pur (Mode II) déformation. Les lois de cohésion des adhésifs peuvent être mesurées expérimentalement. À cette fin, deux éprouvettes couramment utilisées pour chaque mode de chargement sont les éprouvettes à double poutre en porte-à-faux (DCB) et les éprouvettes de flexion à encoche en bout (ENF). En utilisant l'intégrale J indépendante du chemin de Rice (1968) et Cherepanov (1967), des méthodes de mesure des lois de cohésion pour ces spécimens sont présentées dans, par exemple, Andersson et Stigh (2004) et Stigh et al. (2009). A partir de ces méthodes, les lois de cohésion d'une couche adhésive peuvent être mesurées en termes de forces externes et de rotations des points de chargement. Les résultats expérimentaux pour les couches adhésives utilisant ces échantillons et méthodes sont présentés par exemple dans Stigh et Andersson (2000) et Walander (2009). Les méthodes ont l'avantage qu'aucune donnée matérielle pour les adhérents n'a besoin d'être connue lors de l'évaluation des expériences. Ceci tant que l'adhésif est supposé beaucoup plus souple que les adhérents. De plus, ces méthodes permettent une déformation plastique des surfaces adhérentes tant que le déchargement de l'échantillon est évité. Permettre la déformation plastique peut réduire considérablement la taille des spécimens par rapport aux méthodes, par exemple Alfredsson (2004) et Tamuzs et al. (2003), qui nécessite des adhérents élastiques. Les petits spécimens sont préférables lors de la réalisation d'expériences de température, car les chambres climatiques sont souvent limitées dans l'espace. ce qui nécessite des adhérents élastiques. Les petits spécimens sont préférables lors de la réalisation d'expériences de température, car les chambres climatiques sont souvent limitées dans l'espace. ce qui nécessite des adhérents élastiques. Les petits spécimens sont préférables lors de la réalisation d'expériences de température, car les chambres climatiques sont souvent limitées dans l'espace. 1 - (w, v), - Lors de l'évaluation des uploads/Litterature/ version-fr.pdf