Comparaison avec les modèles théoriques

Les résultats obtenus décrivent un comportement qui s’écarte significativement des prédictions effectuées à l’aide du modèle de Chamis. Ainsi, ce modèle prévoit que, dans le cas où la déformation maximale de la matrice est inférieure à celle de la fibre, la résistance en traction d’un composite n’est pas affectée significativement par une température de -40 °C. Toutefois, les essais effectués montrent une hausse marquée de la résistance, ce qui serait plutôt en accord avec la théorie présentée pour les composites ayant des fibres qui se brisent avant la matrice. Par contre encore une fois, le modèle prédirait une variation de l’ordre de 3 % alors que celle obtenue est de loin supérieure avec une amélioration allant jusqu’à 23 %. Pour ce qui est du module de rigidité longitudinal, le modèle de Chamis propose des variations d’environ 3 % pour les conditions testées, ce qui est à l’intérieur des incertitudes des essais effectués. Rappelons aussi que ce modèle ne prévoit pas de modifications du coefficient de Poisson. De même, le modèle de Chamis sous-estime largement la détérioration due à la présence d’humidité.

Les effets d’une synergie entre les conditions froides, humides et les cycles de gel et dégel ne sont pas évidents dans les résultats obtenus. D’abord, comme les cycles n’ont pas montré d’effets significatifs, ils sont dès lors exclus d’une synergie possible. Ensuite, la combinaison d’humidité et de froid semble avoir des effets tout à fait comparables avec les résultats ne présentant qu’une seule de ces conditions.

Les résultats obtenus sont aussi en opposition avec ceux de Dutta, selon lesquels les composites unidirectionnels sont les plus sensibles à l’exposition à basse température et présenteraient une diminution de leurs résistances de l’ordre de 20 %. Cette constatation met en évidence la dépendance importante reliant la nature des constituants et le comportement hygrothermique du composite. Ainsi, bien qu’il s’agisse de composite verre/époxy dans les deux cas, les travaux de Dutta utilisent du verre S2, contrairement au verre E utilisé ici. De plus, la nature de l’époxy et des ensimages est possiblement différente.

5.5 Essai de compression

L’essai de compression s’est avéré beaucoup moins concluant que prévu en raison des difficultés rencontrées pour obtenir un mode de rupture acceptable. En effet, la majorité des ruptures se sont produites à l’extérieur de la section de test de l’éprouvette. Principalement, les bouts des échantillons ont éclaté prématurément ou les éprouvettes se sont rompues en flambage. Malgré tout, les mesures de déformations effectuées permettent d’évaluer le module de rigidité des éprouvettes et quelques données sont disponibles pour le coefficient de Poisson. Notons que, suite aux problèmes rencontrés avec les deux groupes d’éprouvettes témoins, le nombre d’essais a été réduit à cinq éprouvettes par familles pour les groupes de test restants. Cette décision a été prise puisque la mesure des modules est normalement stable par rapport à la mesure de la résistance en compression et que, comme cette dernière n’était pas mesurée correctement pour les groupes de référence, il était inutile de viser à obtenir des données très précises pour le reste des essais.

Tableau 5.4 Effet des conditions sur le module de rigidité en compression

Conditions E_{1 cycles}/E₁ Conditions E₁ -40°C/E₁ Tamb. Conditions E1 saturé/E1 sec

Sec/Tamb. 1,08 Sec 1,10 Tamb. 1,33

Saturé/Tamb. 0,77 Saturé 1,02 Cycles/Tamb. 0,95

Sec/-40 °C 1,00 Sec+cycles 0,85 -40 °C 1,03

Saturé/-40 °C 0,90 Saturé+cycles 1,00 Cycles/-40 °C 0,93

Les résultats présentés au Tableau 5.4 montrent des variations importantes des propriétés mesurées en fonction des conditions d’essai. Par contre, la variabilité des résultats, visible à la Figure 4.14 et à la Figure 4.15, indique un manque de précision dans les mesures. De plus, les modules de rigidité mesurés sont environ 20 % supérieurs à ceux mesurés en traction. Comme les éprouvettes des deux groupes ont des taux de renforts similaires, cette différence est inattendue. En effet, les caractéristiques élastiques devraient être les mêmes en traction et en compression. Il est possible que cet accroissement du module provienne d’une force de friction trop importante dans le support utilisé pour l’essai (voir Figure 2.3). Cette friction peut être une conséquence du fini de surface trop rugueux du support, de la pression de

serrage du gabarit ou de déformation thermiques du support et de l’éprouvette. Compte tenu des problèmes rencontrés lors des essais et des incertitudes importantes, les variations des résultats ne sont donc pas considérées significatives.

Malgré tout, quelques conclusions préliminaires peuvent être émises avec les résultats obtenus, mais sous réserve d’être vérifiées lors de travaux ultérieurs. D’abord, on remarque que, bien que les ruptures ne se soient pas produites par compression pure, les résistances mesurées sont toutes supérieures aux prédictions présentées au Tableau 3.2. De plus, le Tableau 4.6 montre que les éprouvettes sèches semblent présenter une amélioration de la résistance à basse température et que les cycles de gel et dégel auraient un effet favorable pour la résistance en compression. Finalement, les cycles de gel et dégel semblent avoir affecté négativement le module de rigidité, ce qui suggère une dégradation importante de la matrice.

Les difficultés rencontrées lors des essais peuvent être le résultat de plusieurs paramètres. Premièrement, les éprouvettes et le montage de l’essai ASTM D 695 – 02a doivent avoir des tolérances très serrées. Les équipements disponibles à l’ETS n’ont pas permis de respecter ces tolérances, ce qui peut produire des concentrations de contraintes indésirables dans le bout des éprouvettes. Deuxièmement, le fini de surface du bout des éprouvettes doit être très fin pour éviter les amorces et la séparation des renforts lors de l’application du chargement. Bien que les bouts aient été finis avec du papier abrasif de grain 180, certaines éprouvettes portaient de légères marques d’échauffement et le fini de surface obtenu n’était probablement pas suffisamment fin pour assurer l’intégrité des éprouvettes. Troisièmement, les talons installés sur les éprouvettes provenaient des mêmes laminés que les talons de tension. Par conséquent, ils étaient relativement minces et constitués de plis à ±45 °. Ils n’étaient donc probablement pas assez rigides, ni assez épais pour reprendre une part importante du chargement et n’ont pas suffi pour prévenir l’éclatement du bout des éprouvettes. Finalement, l’élancement des éprouvettes, bien qu’il ait correspondu aux exigences de la norme, s’est avéré trop important puisque des ruptures par flambage ont aussi été observées. Les courbes de compression présentées à la Figure 4.14 et à la Figure 4.15 montrent bien la dispersion des

mesures au sein d’une même famille ou de familles différentes. Les courbes divergentes sont aussi un indice de la forte tendance au flambement lors de l’essai. Un autre facteur ayant pu favoriser le flambement est, encore une fois, la qualité de l’usinage des éprouvettes. En effet, des problèmes de perpendicularité pourraient avoir contribué à l’initiation du flambage en n’assurant pas une distribution uniforme de la charge sur l’éprouvette.

5.6 Essai de flexion en poutre courte

De prime abord, les résultats présentés à la Figure 4.16 montrent que les conditions d’humidité et de température influencent la résistance de la poutre courte de manière significative. Afin de faire ressortir les variations sur FSBS, les résultats sont normalisés par rapport à la condition non soumise aux cycles thermiques, par rapport aux résultats à température ambiante puis par rapport à la condition sèche. Ces informations sont respectivement présentées au Tableau 5.5, au Tableau 5.6 et au Tableau 5.7.

En ce qui a trait aux modes de ruptures, toutes les éprouvettes se sont rompues par cisaillement interlaminaire. Certaines éprouvettes ont aussi présenté un second mode de rupture par compression sur la face supérieure mais après le début de la rupture par cisaillement. De plus, comme tous les groupes de test contenaient des échantillons ayant subi de rupture secondaire, cet élément ne sera pas considéré dans l’analyse. Finalement, comme toutes les éprouvettes se sont rompues par cisaillement, le mode de rupture ne permet pas de conclure qu’il y a eu une modification du comportement dû au conditionnement ou à la température.