Choix du proc´ed´e de r´eparation

Dans le but de comparer les deux proc´ed´es de r´eparation `a chaud et `a froid, il est im-portant de d´efinir un indicateur suffisant pour caract´eriser l’efficacit´e du joint dans la section

r´epar´ee.Cet indicateur a ´et´e d´efini par Daniel Roessner [123] comme ´etant :

JT E[%] =100× F[N]

L[mm]∗R[N/mm] (4.8)

JT E= Junction Tensile Efficiency = Efficacit´e `a la Traction de la Jonction F = la force de traction appliqu´ee `a l’´eprouvette r´epar´ee

L= la largeur de la section r´epar´ee = la largeur du patch de recouvrement ext´erieur = 15 mm R= la r´esistance `a la traction nominale de la bande = 700 N/mm

La FIGURE 4.20 montre la moyenne de diff´erence de comportement entre les ´eprouvettes de la s´erie (L) r´epar´ees par polym´erisation `a froid et celles r´epar´ees par le proc´ed´e de vul-canisation `a chaud pour une mˆeme configuration de la m´ethode de r´eparation par patch in-ternes.On peut constater que la bande r´epar´ee `a froid a un module d’´elasticit´e plus ´elev´e, tandis que la d´eformation `a la rupture est plus faible (18% pour la r´eparation `a froid contre 25% pour la r´eparation `a chaud). Cependant, la r´esistance du joint est plus ´elev´ee pour la bande r´epar´ee `a chaud (88% en JTE pour la r´eparation `a chaud contre 73% pour la r´eparation

`a froid)

FIGURE 4.20 – Efficacit´e du joint de colle dans les r´eparations par vulcanisation et par po-lym´erisation.

La vulcanisation La polym´erisation

Equipement n´ecessaire´ Encombrant R´eduit

Temps de pr´eparation 4-8h 4-8h

Attente pour l’utilisation 1-3 heures 12-16 heures

de la bande apr`es r´eparation

Facteur humain Elev´e´ Elev´e´

Sur´epaisseur Non Non

Temp´erature maximale de fonctionnement 130 ˚ C 60 ˚ C

R´esistance `a la traction 51.89% 42.96%

par rapport `a la bande de r´ef´erence

Module d’´elasticit´e 62.43% 79.87%

par rapport `a la bande de r´ef´erence

Efficacit´e `a la Traction 88% 73%

de la Jonction (JT E)

D´eformation `a la rupture 25% 18%

de la Jonction

Coˆut Tr`es ´elev´e Elev´e´

Tableau 4.5 – Bilan comparatif des proc´ed´es de r´eparations

4.5 Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons tout d’abord identifi´e les m´ecanismes de ruptures de la bande transporteuse lors d’un essai de chute libre. On constate que pour une mˆeme indentation de la structure (δ= 6mm) et les mˆeme conditions op´eratoires (forme et masse de l’impacteur, mon-tage de fixation des ´eprouvettes, dimensions et forme g´eom´etrique du cible), la p´en´etration de l’impacteur est plus facile dans la direction longitudinale de la bande, car l’apport d’´energie d’impact (obtenu par le r´eglage d’hauteur de chute de l’impacteur) est plus faible dans cette direction. Ensuite, un protocole exp´erimentale de r´eparation par la m´ethode de collage de patchs internes a ´et´e ´elabor´e pour deux proc´ed´es de r´eparation `a savoir la polym´erisation `a froid et la vulcanisation `a chaud. Nous avons constat´e que les deux proc´ed´es demandent beau-coup de maˆıtrise technique aussi bien des pr´eparations ad´equates pour chaque proc´ed´e. Dans la derni`ere section du chapitre, des essaies de traction sont r´ealis´es `a fin d’identifier d’une part le comportement et les propri´et´es de la colle `a froid (ELASTOLOGUE 2000) , et d’autre part pour ´evaluer les performances des r´eparations en fonction des proc´ed´es de collage uti-lis´es et de l’orientation des plis de remplissage entretenue pour chaque s´erie d’´eprouvettes (s´eries T et L). Les premiers r´esultats concernant les performances des r´eparations en trac-tion affirment que l’optimisatrac-tion des plis de remplissage est n´ecessaire pour am´eliorer les performances en terme de rigidit´e et de r´esistance des ´eprouvettes r´epar´ees. En plus, en in-versant l’orientation des chaˆınes du pli adjacent au joint coll´e (cas des plis[90]₂utilis´es pour r´eparer les ´eprouvettes du s´erie (T)), on peut gagner 18% de r´esistance de la r´eparation ; les chaˆınes dans ce cas ralentissent la propagation des fissures dans les joints coll´es et jouent le rˆole d’obstacles ; Ce qui explique le maintient du patch de recouvrement ext´erieur pour les

´eprouvettes de la s´erie (T).

Des crit`eres de choix sont `a la fin propos´es pour chaque proc´ed´e de collage `a froid et `a chaud, l’indicateur d’efficacit´e des joint JTE met en ´evidence une meilleure r´esistance et d´eformation

`a la rupture obtenues par le proc´ed´e de vulcanisation `a chaud, cependant, un gain de rigidit´e est obtenu par le proc´ed´e de polym´erisation `a froid.

Les calculs de performance des r´eparations en traction par diff´erents proc´ed´es nous per-mettent de proposer les mod`eles analytique et num´erique pour ´equilibrer les concentrations de contraintes dans les zones les plus sollicit´ees et `a fin d’optimiser l’orientation des plis pour que l’endommagement s’amorce en mˆeme temps dans ces zones.

Chapitre 5

Proposition d’un mod`ele d’aide `a l’am´elioration de la r´eparation de la bande transporteuse soumise `a des sollicitations hyro-thermom´ecaniques

Contents

5.1 Introduction . . . 142 5.2 Mod´elisation de la r´eparation de la bande transporteuse . . . 143 5.2.1 Distribution de contraintes dans les joints coll´es . . . 145 5.2.2 Distribution de contraintes dans la bande `a r´eparer . . . 146 5.2.3 Distribution de contraintes dans les patchs int´erieurs . . . 147 5.2.4 Distribution de contraintes dans le patch ext´erieur . . . 148 5.3 Etude de sensibilit´e . . . 148 5.3.1 Influence du module d’Young de la colleE_a . . . 149 5.3.2 Influence du module d’Young du patch ext´erieurE₃ . . . 151 5.3.3 Influence du module d’Young longitudinalE_2xdes patchs

compo-sites . . . 152 5.3.4 Influence du module d’Young transverseE_2ydes patchs composites 154 5.3.5 Influence de l’´epaisseur de la colleec . . . 156 5.3.6 Influence de l’´epaisseur des patchs en compositeh₂ . . . 158 5.4 Conclusion . . . 160

5.1 Introduction

Dans la conception d’une r´eparation par collage de patchs internes de la bande trans-porteuse en mat´eriau composite structural, diff´erents param`etres interagissent s´epar´ement ou simultan´ement. De nombreuses recherches [13, 89, 110, 124–134] ont ´etudi´e l’influence de diff´erents param`etres sur la performance de la r´eparation.

Cheng [110] et Cheng et al. [89] ont propos´e un param`etre d’aide `a la conception et `a l’op-timisation de la r´eparation des structures composites endommag´ees par collage de patchs externes sollicit´ees en traction. Le mod`ele fait intervenir l’influence des modules d’Young et des ´epaisseurs de l’adh´esif, du patch et de la plaque `a r´eparer ainsi que les coefficients struc-turaux de r´eparation qui d´ependent de la g´eom´etrie des patchs. Ce mod`ele permet de traduire facilement l’efficacit´e de la r´eparation et d’´evaluer les param`etres de la r´eparation optimale.

Les r´egles de conception et les m`ethodes d’am´erioration de la r´esistance des joints coll´es ont

´et´e discut´ee en d´etail par Da Silva et al. [6]. Ils ont montr´e que les contraintes r´esiduelles et les propri´et´es de l’adh´esif et des mat´eriaux adh´erents ainsi que l’´epaisseur de l’adh´esif et la longueur de recouvrement sont les principaux facteurs influenc¸ant la r´esistance des joints coll´es. Les m´ethodes propos´ees pour augmenter la r´esistance des joints coll´es comprennent l’ajout des spew fillets (d´etaill´e dans le chapitre 1) et la modification de la g´eom´etrie des adh´erents, soit en arrondissant ou en r´eduisant ses bords.

R´ec´emment, Ejaz et al [135] ont ´elabor´e un algorithme d’´etude non param´etrique pour opti-miser trois types de recouvrements de joints a savoir les joints `a simple et double recouvre-ment, et le joint bord `a bord `a double recouvrement sym´etrique (d´etaill´es dans chapitre 1).

Des modifications g´eom´etriques des adh´erents en utilisant les spew fillets ont ´et´e apport´ees sur les structures de base des trois types de joints. Ils ont constat´e que les g´eom´etries opti-mis´ees (modifi´ees) ont minimis´e les contraintes maximales dans les joints.

Les r´esultats exp´erimentaux sur les ´eprouvettes r´epar´ees ne permettent pas encore d’obte-nir une solution de r´eparation optimale et rapide. Dans ce chapitre, le mod`ele 2D d´etaill´e dans le chapitre 2 et valid´e par les donn´ees de caract´erisation exp´erimentaux va ˆetre d’abord appliqu´e pour d´eterminer les distributions de contraintes, identifier les zones les plus solli-cit´ees et ´evaluer les contraintes maximales dans la structure du syst`eme r´epar´e. Ensuite, une

´etude param´etrique est r´ealis´ee `a fin de construire la combinaison de param`etres permettant de reproduire la structure r´epar´ee. Cette combinaison constitue un outil d’aide `a la prise de d´ecision lors de la conception et l’optimisation d’une r´eparation des bandes transporteuses par collage de patchs internes. Cet outil permet d’optimiser de fac¸on rapide et simple une bande transporteuse r´epar´ee et sollicit´ee en traction sous l’effet de temp´erature et d’humidit´e du milieu d’exposition.