Eprouvettes avec fibres orientées à 0°

Les essais des éprouvettes avec des fibres orientées dans l’axe de la sollicitation permettent d’identifier le comportement dans le sens des fibres pour un unidirectionnel et dans le sens de la chaîne d’un tissu. Les valeurs mesurées lors de ces essais sont le module d’élasticité E11, le coefficient de Poisson ν12 et les valeurs de contrainte σ11^r et de déformation ε11^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 de vérifier que les matériaux ne présentent pas de phénomènes anélastiques dans cette direction.

III.5.1.1 Comportement du matériau

III.5.1.1.1 Plis unidirectionnels

Les éprouvettes composées de plis unidirectionnels ont subi des essais monotones et CRP basés sur la norme EN2561 en traction et AITM0008 en compression. Sur la Figure III-4 sont représentées 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.

Figure III-4 : Courbes de traction et de compression sur des éprouvettes composées de plis Ud sollicités dans l’axe des fibres (essais monotones en trait plein, CRP en pointillés)

Les plis Ud sollicités dans l’axe des fibres présentent une légère dissymétrie de comportement entre la traction et la compression. Le module en traction est supérieur de 14 % à celui de compression. Le

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comportement en traction est très linéaire jusqu’à rupture mais présente un changement de pente également observé par Revest [REV11] que Huchette explique par le réalignement des fibres ce qui augmente le module d’élasticité. En compression, la courbe montre une inflexion à mesure que la charge augmente. Cette non-linéarité provient en partie d’une flexion de l’éprouvette. En compression, les éprouvettes sont instrumentées par une jauge unidirectionnelle par face, cela permet d’observer cette flexion. La Figure III-5 montre la différence de comportement mesurée sur les deux faces d’une même éprouvette lors d’un essai où la flexion est importante. Cette flexion et les micro-flambements des fibres provoquent une rupture prématurée de l’éprouvette en compression, la contrainte à rupture est inférieure à la moitié de celle en traction.

Figure III-5 : Courbes contrainte-déformation sur les deux faces d’une même éprouvette lors d’un essai de compression

Le coefficient de Poisson des plis Ud est calculé entre 0,025 et 0,25 % de déformation longitudinale à partir des essais de traction, il est considéré avoir une valeur identique en compression. Le coefficient de Poisson des plis Ud augmente très progressivement à mesure que les cycles de charges-décharges s’enchainent avant une légère baisse à partir d’environ 1300 MPa. Une dispersion de moins de 10 % est observée.

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Figure III-6 : Courbes d’évolution du coefficient de Poisson à chaque cycle CRP effectué calculé entre 0,025 et 0,25 % de déformation longitudinale

III.5.1.1.2 Plis tissés

Les éprouvettes composées de plis tissés ont subi des essais monotones et CRP basés sur la norme EN5274 en traction et ISO14126 en compression. Sur la Figure III-7 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.

Figure III-7 : Courbes de traction et de compression sur des éprouvettes composées de plis tissés sollicités dans l’axe des fibres (essais monotones en trait plein, CRP en pointillés)

Les éprouvettes composées de plis tissés ont un comportement symétrique avec un même module d’élasticité en traction et en compression. Celui-ci est linéaire sur la majorité du chargement, un adoucissement intervient en fin d’essai lorsque l’endommagement de l’éprouvette augmente rapidement. En compression, le problème de la flexion de l’éprouvette intervient également ce qui

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accentue la non-linéarité. La rupture en traction intervient à une contrainte plus d’une fois et demie supérieure à celle en compression. Cela provient de la forte ondulation des fibres qui favorise leur flexion en compression et entraine une rupture prématurée.

Le coefficient de Poisson des plis tissés évolue également très peu en fonction des cycles de charge-décharge, en revanche la dispersion observée est beaucoup plus importante. En effet, aucun des moyens de mesure disponibles ne permet un bon rendu du comportement des plis. La mesure par extensomètres ne permet pas une précision suffisante notamment pour la déformation transverse. Les jauges ont une taille de grille trop petite par rapport à la taille des torons ce qui ne permet pas d’obtenir une mesure sur une surface représentative du comportement global de l’échantillon.

Figure III-8 : Schéma de la taille de grille de 6 mm des jauges d’extensométrie par rapport à la taille des torons

III.5.1.2 Endommagement

Les éprouvettes composées de plis Ud sollicitées dans l’axe des fibres ne montrent pas d’endommagement en termes de perte de rigidité. Le module d’élasticité et la déformation plastique n’évoluent pas avec les cycles charges-décharges. Les déformations résiduelles observables à partir de contraintes élevées sur la Figure III-4 proviennent des différentes ruptures de splitting (voir fractographie) qui interviennent en cours de chargement et qui endommagent la jauge.

Les éprouvettes composées de plis tissés ne présentent qu’une très faible modification du comportement lors des essais CRP avec une évolution du module de rigidité comprise entre 0,5 et 2 % suivant les éprouvettes. Cette différence de comportement est considérée comme négligeable et ne sera pas prise en compte dans le modèle numérique de comportement.

III.5.1.3 Fractographie

Les éprouvettes à plis Ud présentent des faciès de rupture très différents en traction et en compression. Dans les deux cas, le faciès est chaotique. Un phénomène de splitting intervient en traction. Au cours de l’essai, les fibres qui présentent des défauts, appelées fibres faibles, cassent et entrainent la rupture de fibres alentour.

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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.