Eprouvettes avec fibres orientées à 90°

Figure III-9 : Faciès de rupture en traction (à gauche) et en compression (à droite) d’une éprouvette de plis Ud sollicitée dans l’axe des fibres

Le faciès de rupture des plis tissés est très similaire en traction et en compression à cause de l’ondulation des fibres. Les nappes dans l’axe de sollicitation rompent globalement autour d’un plan dont la normale est l’axe de sollicitation.

III.5.1.4 Conclusion

Quel que soit le type de pli, les essais de traction indiquent un comportement linéaire du matériau jusqu’à des charges élevées. Les plis tissés présentent un endommagement et une perte de linéarité à proximité de la charge à rupture. La fin des courbes dans le cas des éprouvettes Ud est difficile à mesurer à cause du phénomène de splitting qui endommage les jauges. Un essai avec extensomètre a toutefois permis la mesure de déformation longitudinale jusqu’à rupture. Le coefficient de Poisson dans le cas des plis tissés présente une forte dispersion. En effet, le blocage par les fibres transverses de l’effet Poisson implique des déformations très faibles que les moyens de mesure disponibles peinent à suivre avec précision ce qui entraine une forte dispersion des résultats.

III.5.2 Eprouvettes avec fibres orientées à 90°

Ces essais permettent d’identifier le comportement dans le sens transverse pour un unidirectionnel et dans le sens de la trame d’un tissu. Les valeurs mesurées lors de ces essais sont le module d’élasticité E22 et les valeurs de contrainte σ22^r et de déformation ε22^r à rupture. Les essais sont menés en traction et en compression afin d’identifier les différences de comportement. Les essais CRP selon cet axe permettent d’appréhender l’importance des phénomènes anélastiques dans cette direction.

III.5.2.1 Comportement

III.5.2.1.1 Plis unidirectionnels

Les éprouvettes composées de plis unidirectionnels ont subi des essais monotones et CRP à partir des normes EN2597 et ISO14126 respectivement en traction et compression. Sur la Figure III-10 sont représentés en ligne continue les essais monotones et en pointillés les essais CRP. Les courbes contrainte-déformation sont tracées jusqu’à rupture des éprouvettes. Chaque éprouvette a subi un unique type de sollicitation.

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Figure III-10 : Courbes de traction et de compression sur des éprouvettes composées de plis Ud sollicités à 90° (essais monotones en trait plein, CRP en pointillés)

Les éprouvettes présentent un comportement très dissymétrique en traction et en compression comme le montre la Figure III-10. Les modules initiaux moyens mesurés sur 5 éprouvettes possèdent un écart de 2 %. Cet écart montre que la rigidité est sensiblement la même entre les deux sens de sollicitation. En revanche, le comportement en compression montre une forte non-linéarité et les valeurs à rupture sont beaucoup plus élevées. En effet, la traction ouvre les fissures et les défauts, ces dommages peuvent se propager d’une manière instable, de plus la section saine de l’éprouvette diminue donc la contrainte augmente, la rupture intervient alors prématurément. En compression, l’ensemble des porosités et des fissures est fermé par la charge ce qui permet de supporter des sollicitations plus élevées, l’évolution des dommages étant plus stable. Ces dommages influent donc très peu sur la rigidité de l’éprouvette. En revanche, le frottement des lèvres de fissure lors des décharges crée une déformation résiduelle apparente de la Figure III-10 et des boucles d’hystérésis. En résumé le comportement est donc linéaire en traction comme en compression jusqu’à la contrainte à rupture en traction, un comportement anélastique intervient ensuite en compression. Ces éprouvettes sont sujettes à de la plasticité et de l’endommagement sans que le module d’élasticité n’évolue visiblement.

III.5.2.1.2 Plis tissés

Les éprouvettes composées de plis tissés ont subi des essais monotones et CRP à partir des normes EN5274 et ISO14126, respectivement en traction et compression. Sur la Figure III-11 sont représentés en ligne continue les essais monotones et en pointillés les essais CRP. Les courbes contrainte-déformation sont tracées jusqu’à rupture des éprouvettes. Chaque éprouvette a subi un unique type de sollicitation.

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Figure III-11 : Courbes de traction et de compression sur des éprouvettes composées de plis tissés sollicités dans le sens trame (essais monotones en trait plein, CRP en pointillés)

Les plis tissés présentent également un module d’élasticité équivalent entre la traction et la compression puisque l’écart est inférieur à 0,6 %. La rupture en compression intervient prématurément par rapport à la traction avec une charge 1,8 fois plus faible. Ce phénomène provient de la forte ondulation dans les plis sergés, la traction tend à redresser les fibres tandis que la compression tend à les faire fléchir davantage d’où une rupture plus précoce. Le comportement est quasiment élastique linéaire dans les deux sens de sollicitation.

III.5.2.2 Endommagement

Les éprouvettes à base de plis Ud n’exhibent pas de perte de rigidité. En effet, le module à chaque montée en charge des boucles évolue d’environ 1 %. Les éprouvettes présentent néanmoins un comportement non linéaire en compression.

Les éprouvettes composées de plis tissés n’exhibent pas de perte de rigidité qui serait indicateur d’un endommagement important. La rigidité augmente d’environ 1 % en cours des essais de traction par le réalignement des fibres. En effet, les fibres sont initialement très ondulées dans le pli par le tissage, la traction tend les fibres dans le sens de sollicitation qui deviennent plus rectilignes ce qui augmente le module d’élasticité. Les déformations résiduelles sont faibles, de l’ordre de 10-2 % à la dernière décharge, et ne seront donc pas considérées. En compression, les variations de module élastique et de déformation résiduelle sont négligeables, le comportement est donc considéré comme élastique.

III.5.2.3 Fractographie

En traction, les plis unidirectionnels orienté à 90° présente une rupture dans un plan normal à l’axe de sollicitation qui correspond à une ouverture en mode I d’un défaut, mode le plus critique. En compression, la rupture peut se créer selon le plan dont la normale est à environ 45° [LAU09] de l’axe de sollicitation (Figure III-12) qui est le siège d’une bande de pliage.

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Le même type de rupture intervient dans les plis tissés. Les plans de rupture sont toutefois moins marqués à cause des multiples torons avec des orientations variables dues à l’ondulation.

Figure III-12 : Plan de rupture dans une éprouvette Ud sollicité à 90° en compression

III.5.2.4 Conclusion

Les essais à 90° des plis Ud ont montré un comportement linéaire jusqu’à rupture en traction. En revanche, en compression le comportement est non linéaire et la contrainte à rupture environ 5 fois supérieure. Le module en compression évolue très peu au cours des cycles. Les essais sur les plis tissés ont montré un comportement linéaire élastique avec un endommagement dans les derniers pourcents de chargement avant rupture. Le module E22, la contrainte σ22^r et la déformation ε22^r à rupture ainsi que le comportement non linéaire dans le cas du pli Ud en compression ont été identifiés lors de ces essais.