Adaptation au montage Arcan

Evaluation des propri´et´es

m´ecaniques post-choc

5.1 Pr´eambule

Les ´etudes pr´eliminaires ont permis de d´eterminer un assemblage de r´ef´erence, ainsi que les

effets du choc sur l’int´egrit´e de cet assemblage. Un seuil de rupture a ´et´e d´etermin´e menant `a

plusieurs motifs de rupture, et signatures du niveau d’endommagement en fonction de l’´energie

laser utilis´ee. La question est maintenant de savoir si ces sollicitations laser ont une influence

quelconque sur les propri´et´es m´ecaniques quasi statiques de la lamelle. Le moyen d’´evaluation

retenu est le montage Arcan modifi´e pr´esent´e dans le chapitre 1. Ce chapitre permettra de

d´eterminer un protocole pour adapter une lamelle soumise `a un choc laser dans ce montage

Arcan. Le but est de d´eterminer si la raideur de l’assemblage est affect´ee par le choc laser,

mais aussi si ce dernier diminue les efforts `a rupture de la lamelle. Cette ´etude comprend trois

campagnes d’essais r´ealis´ees sur des assemblages impliquant des colles structurales diff´erentes.

5.2 Adaptation au montage Arcan

L’´etude men´ee jusqu’`a pr´esent a permis de caract´eriser le comportement sous choc de

l’as-semblage de r´ef´erence, et aussi de r´epertorier les motifs d’endommagement ainsi que les ´energies

laser associ´ees `a la SAF 30/45. Cependant, les surfaces de la zone d’impact sont de l’ordre de

9 mm², tandis que la surface d’´etude Arcan modifi´ee est de l’ordre de 450 mm². L’´energie

dis-ponible dans le faisceau laser ´etant limit´ee, il n’est donc pas possible d’agrandir la tache focale.

Le choix s’est port´e sur l’ex´ecution de plusieurs tirs en quinconce sur la lamelle, comme illustr´e

figure 5.2. Cette ´etape a ´et´e r´ealis´ee `a l’aide d’une table de tra¸cage XY bas´ee sur une carte

Ar-duino (pr´esent´e sur la figure 5.1), le d´eplacement ´etant synchronis´e sur l’ordre de tir laser. Cette

solution permet de garantir la reproductibilit´e du d´eplacement entre chaque point. Le but est

d’homog´en´eiser la lamelle en termes de contraintes r´esiduelles et/ou d’endommagement li´e au

choc laser. Les taches focales ne se chevauchent pas, et des enrobages des ´echantillons impact´es,

suivis de coupe et d’observations microscopiques ont ´et´e effectu´es afin de v´erifier l’influence de

plusieurs tirs proches sur le taux d’endommagement. Lors de ces observations d’une suite de

plusieurs tirs laser sur un mˆeme ´echantillon, aucune diff´erence n’a ´et´e relev´ee d’une tache `a

l’autre. Cela plaide en faveur de l’hypoth`ese que le choc laser traite par point la surface de la

lamelle de mani`ere relativement homog`ene. L’inconv´enient majeur de ce proc´ed´e est la

plastifi-cation locale de l’aluminium li´e au choc : en cumulant les chocs laser en ligne, les contraintes

r´esiduelles engendr´ees tendent `a fl´echir la plaque et le galbe r´esultant peut rendre la mise en

place dans le montage Arcan difficile. La limite acceptable de l’´energie laser dans notre cas est

de 70% deE_max pour une tache focale de 4 mm de diam`etre.

La g´eom´etrie de la lamelle a ´et´e d´efinie de sorte `a pouvoir l’introduire dans l’Arcan. La largeur

103

Figure 5.1 – Dispositif exp´erimental : table XY et confinement continu en eau.

5.2. ADAPTATION AU MONTAGE ARCAN 105

Figure 5.3 – Insertion d’une lamelle entre

deux substrats.

Figure5.4 – Champ de contrainteσ22dans

la largeur du dispositif.

E (GPa) ν

Aluminium 72 0.3

Adh´esif 1 0.4

Table 5.1 – Param`etres mat´eriaux utilis´es pour l’estimation des effets de bord.

a ´et´e fix´ee `a 11.5 mm, la longueur `a 54 mm. Un sch´ema du montage figure 5.3 pr´esente en d´etail

l’assemblage d’une lamelle entre deux substrats Arcan. Ce type de montage a ´et´e d´evelopp´e par

Cognard et Davies [1] dans le but de solliciter des lamelles composites pour des chargements

hors plan. L’´epaisseur de joint entre le substrat et la lamelle est de 200 µm. Cette ´epaisseur

est garantie par le dispositif de serrage incorpor´e aux deux substrats Arcan [1]. Des encoches

ont ´et´e pr´evues pour faire passer les vis de serrage des substrats Arcan et pour garantir

l’ali-gnement. Des simulations ´el´ements finis sous Abaqus Standard ont ´et´e r´ealis´ees afin d’estimer

la contribution des effets de bord dans le joint de colle en fonction de la largeur de la lamelle

pour un chargement en traction (angle Arcan de 0o). Trois interfaces pr´esent´ees figure 5.3 sont

`

a surveiller :

— L’interface entre le joint de colle sur le substrat et la lamelle ;

— L’interface aluminium 1mm/ adh´esif (dans la lamelle) ;

— L’interface adh´esif/aluminium 300µm (dans la lamelle).

Les r´esultats de la simulation sont pr´esent´es sur la figure 5.4, o`u sont illustr´es les champs

de contrainte, et sur la figure 5.5, o`u sont pr´esent´es l’´evolution de la contrainte normale dans

les ´el´ements du joint de colle au contact de l’interface. Une premi`ere observation est que la

contrainte diminue rapidement dans le joint de colle au sein de la lamelle au niveau des interfaces

sup´erieures (not´ee ”lamelle haut”) et inf´erieures (not´ee ”lamelle bas”) quand on s’´eloigne du bord

du substrat. Un deuxi`eme point important est la pr´esence d’un pic de contrainte `a l’interface

entre le joint de colle et la partie sup´erieure de la lamelle ( interface not´ee ”interface

substrat-lamelle”). Ce ph´enom`ene favorise une rupture pr´ematur´ee du joint de colle qui se situe hors de

la lamelle, en bleu sur la figure 5.3. Il est donc n´ecessaire d’utiliser un adh´esif diff´erent plus

r´esistant que l’adh´esif sollicit´e dans la lamelle pour s’assurer que l’essai ne sera pas interrompu

pr´ematur´ement en raison d’une rupture substrat Arcan/lamelle.

Pour la d´ecoupe des lamelles, le sch´ema de d´ecoupe utilis´e prend en compte la r´epartition

des taches, de sorte `a toujours avoir le mˆeme nombre de taches sur chaque plaque. Avant d’ˆetre

coll´ees entre deux substrats Arcan, les lamelles sont sabl´ees, puis nettoy´ees `a l’isopropanol. Cette

´etape garantit un ´etat de rugosit´e similaire pour chaque niveau d’´energie laser utilis´ee pour le

Figure 5.5 – Profil de contraintes norm´ees σ22/σ_ref aux interfaces critiques : lamelle haute,

lamelle basse et interface substrat/lamelle. σ_ref la contrainte maximale (issue de l’interface

lamell´ee/substrat) hors effet de bords. Param`etres utilis´es pr´esent´es dans la table 5.1

choc en effa¸cant les traces d’ablation laser. En effet, la profondeur des empreintes d’ablation (et

par cons´equent la rugosit´e) varie avec l’´energie laser : un niveau d’´energie plus ´elev´e engendrera

une empreinte plus marqu´ee et donc plus difficile `a effacer. Ces diff´erences d’´etat de surface

peuvent pr´esenter un biais lors de la sollicitation des lamelles en favorisant l’accroche `a la

la-melle lors de l’essai. Ce ph´enom`ene est connu sous le nom de texturation laser et a ´et´e d´ecrit

par Kromer [2].