Date : 2024
Type : Livre / Book
Type : Thèse / ThesisLangue / Language : anglais / English
Mécanique de l'endommagement (milieux continus)
Matériaux -- Effets des hautes températures
Matériaux -- Effets des basses températures
Résumé / Abstract : Le domaine du génie aéronautique a connu des avancées considérables au cours des dernières décennies en science des matériaux. Les composites organiques tissés en trois dimensions à matrice de carbone (3DOMC) sont de plus en plus utilisés comme éléments de parties structurelles proches des moteurs d'avions et dans les pales de ventilateur de moteurs aéronautiques Ces matériaux sont donc sollicités pour fonctionner dans des gammes de haute performance, soumis à des sollicitations mécaniques multi-axiales à différentes températures et exposés à des cycles thermiques chaud/froid. Bien qu'il existe une littérature substantielle sur les effets de telles sollicitations sur le comportement à la fracture et les mécanismes d'endommagement ultime des 3DOMC, les études sur les mécanismes de l’amorçage de l’endommagement sont limitées. Cette lacune est particulièrement critique puisque l’amorçage de l’endommagement dicte l'usabilité de ces composants ; du point de vue opérationnel, aucun dommage n'est permis en service dans ces parties. Ce travail vise à développer une nouvelle méthodologie expérimentale pour caractériser le début de l’endommagement dans les 3DOMC pour différentes sollicitations multi-axiales rencontrées en service. Pour ce faire, un test in situ a été conçu couplant la Micro-Tomographie (μ-CT) et l'Émission Acoustique (AE), identifiant avec succès l'initiation de l’endommagement multi-axial lors d'un test de traction et de flexion-compression excentrique (ECB) sur des échantillons en axe et hors axe. L'effet de la température a été abordé via un test in situ mettant en œuvre la nouvelle méthodologie développée à haute température (120ºC) et basse température (-30ºC) ; il a été constaté que les mécanismes d'initiation de dommage dépendent fortement de la température. L'effet du cyclage thermique entre 120ºC et -55ºC sur le début du dommage a été caractérisé par AE et ex situ (μ-CT). De plus, la propagation du dommage jusqu'à 1000 cycles a été caractérisée en détail dans la méso-structure tissée en 3D. Enfin, la dégradation par cyclage thermique et le vieillissement sur le début du dommage sont étudiés dans un test de traction in situ statique.
Résumé / Abstract : The field of aeronautical engineering has seen considerable advancements over the past decades in materials science. Carbon fibre Three-Dimensional Woven Organic Matrix composites (3DOMC) are increasingly used as elements of structural parts close to aircraft engines and in aero-engine fan blades. These materials are therefore requested to operate in high-performance ranges subjected to multi-axial mechanical solicitations at different temperatures and exposed to cold/hot thermal cycling. Although there is substantial literature on the effects of such solicitations on the fracture behavior and ultimate damage mechanisms of 3DOMC, there is a limited study on the initial damage mechanisms. This gap is particularly critical since the onset of damage dictates the usability of such components; from operational standpoint, no damage is permissible in service in these parts. This work aims to develop a novel experimental methodology to characterize the onset of damage in 3DOMC for different multi-axial solicitations encountered in-service.To achieve this, an in situ test has been designed coupling μ-Computed Tomography (μ-CT) and Acoustic Emission (AE), successfully identifying multi-axial damage initiation during tensile test and Eccentric Compression Bending (ECB) in in-axis and off-axis specimens. The effect of temperature has been addressed via in situ test implementing the new developed methodology test at high (120ºC) and low (-30ºC) temperature; it has been found damage initiation mechanisms are strongly dependent on temperature.The effect of thermal cycling between 120ºC and -55ºC on damage onset has been characterized by AE and ex situ (μ-CT). Further, damage propagation up to 1000 cycles has been characterized in detail in the 3D woven meso-structure. Finally, thermal cycling degradation and ageing on damage onset is investigated in static in situ tensile test.