Caractérisation mécanique

Les essais de traction monotone sont réalisés à l’aide d’une machine servo-hydraulique MTS à température ambiante et à une vitesse de déplacement de 2 mm/min. correspondant à une vitesse de déformation de 4.10-4 _s-1_{. Cela nous permet de tracer les courbes contrainte-}

déformation pour les trois orientations testées (0°, 45° et 90°) ainsi que pour le PP pur. Une technique d’analyse d’image sans contact permet de mesurer la déformation en suivant le déplacement relatif de deux points marqués sur la surface de l’échantillon avant le test. Nous utilisons ici une caméra Nikon pour enregistrer une vidéo de l’essai. La vidéo est ensuite traitée avec le logiciel imageJ et permet d’avoir la déformation réelle de l’éprouvette dans la zone utile. Sur la même machine servo-hydraulique MTS, et étant limité par la capacité de la machine, nous effectuons les essais de traction à des vitesses de déplacement de 2mm/min, 150mm/min et 300 mm/min, cela correspond respectivement aux taux de déformation de : 4.10-4 s-1, 0,04 s-

1 _{et de 0,25 s}-1_{. Nous pouvons ainsi observer l’effet de la vitesse sur le comportement en traction}

à la limite du domaine quasi-statique.

L’effet de la température a également été étudié en effectuant les essais à des températures contrôlées de 85 °C et -30 °C et à une vitesse de déformation de 4.10-4 s-1. Dans ce cas, les échantillons sont conditionnés à l’intérieur d’une enceinte climatique pendant 30 min afin d’obtenir une température uniforme sur tout l’échantillon

2.4.2. Essais de charge décharge

Afin d’étudier l’évolution de l’endommagement et de la plasticité macroscopiques au régime quasi-statique, des tests de charge-décharge à différentes contraintes maximales sont effectués à une vitesse de 2 mm/min et à température ambiante. Pour chaque essai, l’échantillon est soumis à un total de huit à dix cycles de charge-décharge et à un écart de contrainte croissant progressivement d’environ 10% de la contrainte de traction ultime (Su), comme indiqué sur la

figure 2-12. La déformation résiduelle à contrainte nulle donne une évaluation de la déformation plastique apparente macroscopique résiduelle. Le module d’Young est calculé par la pente de la courbe dans la zone quasi-linéaire de chaque cycle. L’évolution du module d’Young au long de l’essai est utilisée comme indicateur d’endommagement macroscopique.

87

Figure 2-12 Méthodologie expérimentale des essais de charge décharge 2.4.3. Essais de fatigue traction- traction

Les essais de fatigue ont été effectués sur une machine de fatigue hydraulique MTS 830 équipée d’une cellule de 10 kN. Un signal sinusoïdal a été appliqué avec un pilotage en force, à amplitude constante et à rapport de charge fixe R de 0.1. La fréquence principale d’étude est fixée à 10 Hz, cela correspond approximativement à un taux de déformation de 0,25 s-1. Les essais de fatigue sont précédés d’un premier cycle de charge-décharge-recharge à la contrainte appliquée en fatigue, cela afin de déterminer la première baisse de raideur (E1

E0). Cette

première perte de raideur peut également être déterminée via les essais de charge-décharge monotones.

La machine de fatigue que nous utilisons permet généralement d’atteindre la consigne appliquée c’est-à-dire l’amplitude voulue après 22 cycles correspondant à la période de stabilisation comme décrit sur la figure (2-13). Ce nombre de cycles nécessaires à la stabilisation est lié à plusieurs paramètres notamment la puissance de la machine, la résistance du matériau et la fréquence appliquée.

88

Pour chaque essai, le matériau subit un premier cycle de charge-décharge-recharge, suivi de 22 cycles correspondant à la période de stabilisation et finalement le nombre de cycles à rupture correspondant à l’amplitude appliquée. Toutefois, lors du suivi de l’endommagement en fatigue nous supposons que pour les 22 cycles de stabilisation le matériau ne subit aucun endommagement supplémentaire.

Le comportement mécanique en fatigue des trois orientations testées (0°, 90° et 45°) à la fréquence de 10 Hz est étudié via l’évolution de la perte de rigidité en fatigue (En

E22) , de la

déformation plastique apparente et de l’auto-échauffement tout au long des essais. Notons ici que le module dynamique pour chaque cycle En est calculé via la méthode pic-pic. La

température de l’échantillon est suivie à l’aide d’une caméra infrarouge sans contact.

La fréquence a généralement un impact majeur sur le comportement et la durée de vie en fatigue et notamment lors de la fatigue thermomécanique. De ce fait une deuxième fréquence de 1 Hz est étudiée car pour cet ordre de fréquence l’auto-échauffement est presque inexistant. Une comparaison entre les deux fréquences et notamment leurs impacts sur la durée de vie est réalisée.

Le cahier des charges des hayons en PPGF 40 impose une température de fonctionnement pouvant atteindre les 85 °C. La nature semi-cristalline de la matrice PP implique une grande dépendance du comportement mécanique du matériau à température d’utilisation et particulièrement à cause de la Tg du matériau relativement basse (de l’ordre de 5 °C). Nous réalisons une autre campagne d’essais de fatigue à 10 Hz et à température de 85 °C ; les éprouvettes sont alors conditionnées, comme déjà cité, dans une enceinte climatique pendant 30 min.

Afin de surmonter les problèmes liés au processus d’usinage, les éprouvettes de traction ont été obtenues par la technique de découpe par jet d’eau à partir des plaques injectées.

Les échantillons ont été extraits du centre des plaques pour avoir une microstructure globalement uniforme. Afin d’étudier l’anisotropie du matériau due à l’orientation des fibres, les échantillons ont été découpés selon trois directions: 0 ° (sens longitudinal), 90 ° (sens travers) et à 45 ° par rapport à la direction d’injection. La figure 2-14 montre la géométrie en haltère permettant une répartition uniforme des contraintes tout au long de la zone utile.

89

Figure 2-14 Eprouvettes pour essais mécaniques