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Comportement sous traction uniaxiale des tresses compo-

Caractérisation expérimentale des renforts tressés

3.3.4 Comportement sous traction uniaxiale des tresses compo-

compo-sites

A partir des renforts tubulaires de diamètre 40 mm fabriqués par la machine de tres-sage, des composites sont mis en œuvre par procédé RTM comme décrit dans la section 2.2.4. Afin d’évaluer l’influence de l’angle de tressage sur le comportement de ces com-posites, des éprouvettes des différents angles étudiés (35°, 45° et 55°) ont été caractérisées par essai de traction. L’essai est réalisé à l’aide du banc de traction de marque MTS sui-vant le protocole expliqué dans le Chapitre 2. Comme pour les tresses tubulaires sèches, des tenons en acier sont collés sur chaque côté des éprouvettes et des bagues de serrage sont utilisées pour renforcer leur maintien dans les mors. Les éprouvettes testées sont toutes de longueur 200 mm et de diamètre 40 mm. Une éprouvette de chaque configura-tion est testée : Biax40_ 35, Biax40_ 45, Biax40_ 55 et Triax40_ 45.

Figure 3.25 – Tube en composite avec tenons pour essai de traction

En raison des irrégularités du procédé de mis en œuvre des composites, dont la maitrise n’est pas facile, quelques bulles d’air peuvent être présentes dans la résine remettant en cause la résistance mécanique des tubes. Le comportement élastique global des tubes n’est pas remis en cause mais sa limite élastique ne sera pas prise en compte dans cette étude.

Caractérisation à l’échelle macroscopique (La tresse)

Courbes Force-Déformation

A l’inverse des tresses sèches, ayant un profil force-déformation exponentiel, le tube composite présente une caractéristique mécanique plus similaire à celles des matériaux continus. Il est possible de tracer une pente à l’origine donnant une approximation de la rigidité du matériau. 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Allongement [%] 0 5000 10000 15000 Force [N] Tube composite Biax40_35 Biax40_45 Biax40_55

Le tube ayant un angle de tressage à 45° présente une rupture brutale contrairement aux autres angles de tressage. Il présente aussi une pente (rigidité) à l’origine plus élevée que les autres angles [Graphe3.26], qu’ils soient supérieurs ou inférieurs.

Si l’on observe le faciès de rupture de l’éprouvette, on aperçoit un biseau à 45° de l’angle de tressage [Figure3.27]. Il n’est donc pas étonnant de relever une rigidité importante sur les matériaux ayant des fibres à 45 degrés par rapport à l’axe de tirage.

Figure 3.27 – Facies de rupture d’un tube composite d’angle de tressage de 55 degrés

L’ajout de fils droits dans la direction longitudinale qui est la direction de l’effort permet d’augmenter la rigidité du tube composite [Graphe3.28]. Cette raideur de maintien de la tresse [ Section3.3.3] se retrouve dans le tube composite.

Les tubes à 35 et 55 degrés ne présentent pas de rupture brutale directement après la rup-ture de résine. Si on prend le cas de l’éprouvette biax40_ 35 [Graphe3.29], on distingue plusieurs zones dans sa courbe Force-Allongement. Le début du chargement montre une première partie de déformation élastique. Ensuite la résine se dégrade progressivement et laisse place au cisaillement et au glissement des fils, ce qui justifie la deuxième partie plate dans la zone plastique de la courbe. La force est presque constante, l’éprouvette résiste grâce au frottement entre les fils de biais, qui sont en train de s’aligner dans la direction de l’effort jusqu’à atteinte de l’angle de verrouillage. Une fois cet angle atteint, une augmentation rapide de la force est observée. Cette deuxième partie de rigidifica-tion de la courbe est due à la résistance mécanique des fils de biais qui sont maintenant alignés dans la direction de l’effort. La chute de tension à la fin de la courbe n’est pas causée par la rupture du fil mais par l’arrêt automatique de l’essai étant donné que la ca-pacité de charge du banc d’essai utilisé est de 20 kN. La figure3.30montre l’éprouvette biax40_ 35 après déformation.

Caractérisation à l’échelle macroscopique (La tresse) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Allongement [%] 0 5000 10000 15000 Force [N] Tube composite Biax40_45 Triax40_45

Figure 3.28 – Courbe Force-Allongement des tubes composites d’angle de tressage de 45 degrés avec et sans fils droits

Ce comportement est similaire au comportement d’un renfort tissé observé dans les tra-vaux de [BOI 05b]. Un essai de Picture frame est réalisé sur un échantillon tissé pour identifier son comportement en cisaillement. Cet essai montre que les fils subissent dans un premier temps une rotation qui donne globalement un cisaillement plan sur le tissu. La rigidité est initialement faible et augmente au fur et à mesure que les fils entrent en contact les uns avec les autres jusqu’à ce que l’angle de cisaillement limite (Locking angle) soit atteint. Les fils subissent une compression latérale entre eux. A partir de ce moment une augmentation rapide de l’effort est observée.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Allongement [%] 0 5000 10000 15000 Force [N] Tube composite Biax40_35

Figure 3.29 – Courbe Force-Allongement d’un tube composite d’angle de tressage de 35 degrés

Figure 3.30 – Eprouvette après allongement

3.4 Bilan

Les résultats de la caractérisation expérimentale du comportement mécanique du renfort tressé ont été présentés dans ce chapitre. Des essais ont été réalisés à l’échelle mésoscopique et macroscopique de la tresse.

Dans un premier temps, le comportement en traction et en flexion de la mèche Carbone 12k a été analysé. Les données obtenues serviront à identifier les paramètres du modèle de comportement du matériau dans les chapitres suivants.

A l’échelle macroscopique, une caractérisation des tresses sèches et des tresses compo-sites a été réalisée. Plusieurs éprouvettes de structures tressées sèches et compocompo-sites ont été élaborées à partir de la machine de tressage et du procédé RTM. Ces éprouvettes ont été fabriquées suivant des configurations différentes relatives aux paramètres procédés et géométriques utilisés. Leur caractérisation mécanique a permis d’évaluer les relations entre ces paramètres et le comportement mécanique final du renfort. Les renforts tressés secs ont été testés par des essais de traction biaxiale en étudiant l’influence de l’angle de

Bilan

tressage sur leur comportement sous tension appliquée suivant deux axes perpendicu-laires. Une partie des résultats de cet essai est utilisée pour identifier les paramètres du comportement transverse du matériau servant à définir son modèle de comportement pour la partie simulation numérique. Les tresses tubulaires sèches et les tubes com-posites ont été également caractérisés par des essais de traction uniaxiale. Les courbes Force-Déformation ont été étudiées et ont permis de mettre en évidence l’influence des paramètres de tressage sur la rigidité de la structure tressée et sa réponse aux différentes sollicitations appliquées.

Chapitre 4