Le suivi de l'endommagement des éprouvettes sollicitées en traction menée dans le
sens trame est observé à travers les images du MEB, en section longitudinale (sens du
chargement) et en section transversale (perpendiculaire au chargement).
a. En section longitudinale
L'interprétation du processus de ruine est observé à travers les images
microscopiques obtenues sur plusieurs étapes durant l'essai:
la photo II-23, prise en début de l'essai de traction, ne présente pas
d'endommagement. Les blocs de résine interceptant les mèches trame et chaîne,
sont de deux formes géométriques. Le bloc de résine en forme 1, intercepte deux
mèches chaîne adjacentes d'un même pli et se trouvant dans un état espacé l'une
de l'autre. Le bloc de résine de forme 2, intercepte deux mèches chaîne
adjacentes d'un même pli et se trouvant superposées ou décalées dans l'épaisseur
du composite. Les deux formes géométriques de bloc de résine sont réparties
uniformément, une sur deux plis et une par fil vertical de mèche sens chaîne.
La photo II-24, est prise durant le chargement de l'essai de traction dirigé dans le
sens trame du tissage. Elle présente un stade de l'endommagement.
a.1. Interprétation de la section longitudinale endommagée
L'initiation d'une fissuration est visualisée aux interfaces mèche sens trame/résine et
mèche sens trame/mèche sens chaîne ainsi que dans les endroits les moins résistants,
comme les bouts des mèches sens chaîne.
On visualise que la zone de bloc de résine, nommé par la ''forme 2'', est moins
résistante que la zone de bloc de résine nommé par la ''forme 1''. Le déclenchement des
fissurations a lieu aux interfaces de blocs résine ''forme 2'' avec les mèches chaîne par
décohésions entre mèche (fibre) et résine. La propagation des fissures provoque des
ruptures par cisaillement des mèches sens chaîne et des blocs de résine interceptant ces
mèches. Elles sont orientées dans le même quadrant que la pente des mèches sens
trame.
Les mesures réalisées sur des images obtenues par le MEB, montrent que les
fractures par cisaillement sont inclinées entre 65 et 85, pour une moyenne de 75 par
Chapitre 2: Comportement expérimental des Interlocks
Photo II-23 Section en sens trame de l'interlock type H2-non endommagée
Photo II-24 Section en sens trame (direction du chargement) de l'interlock
type H2-endommagée sous traction uniaxiale dans le sens trame- MEB
a.2. Scénario des mécanismes de rupture
Le scénario des mécanismes de rupture est décrit en fonction du suivi du
chargement:
La Photo II-25, montre le motif interne architectural de la section sens trame. Les
déclenchements des premières ruptures sont indiqués par des cercles en couleur
verte. Ils ont lieu dans les zones aux alentours des blocs de résine en forme 2, se
trouvant sur un pli sur deux, et sur une verticale de fil de mèche chaîne sur deux.
En majorité, ce sont des ruptures d'interface mèche /mèche, et en minorité des
ruptures d'interface mèche sens trame/résine. Les propagations des premières
fissurations sont représentées par des trajectoires en couleur rouge. Elles sont
orientées sur la Photo II-26 par des flèches qui suivent la pente des mèches
trame. Par leur passage entre deux interfaces mèche/mèche de deux mèches
Mèche sens chaîne
Bloc de résine- forme 1
Bloc de résine- forme 2
Concentration de contrainte
Mèche sens trame
chaîne, les bouts des mèches sens chaîne et les blocs de résine se trouvant sur le
chemin, se cisaillent selon un plan incliné avec la plus forte pente des mèches
trame.
La Photo II-27, présente la propagation des fissures à travers une progression de
rupture d'interface mèche/mèche selon la trajectoire déjà initialisée, suivi d'une
rupture par cisaillement des blocs de résine de forme géométrique 1, pour
atteindre les interfaces mèche/mèche opposées aux interfaces déjà
endommagées. Le motif des propagations ressemble au motif de la géométrie
interne. A ce stade, les blocs de résine sont tous cisaillés. Les bouts des mèches
sens chaîne d'un même pli, se trouvant dans un état de superposition sont
rompus longitudinalement. Les interfaces mèche/mèche sont rompues un coté sur
deux.
Par augmentation de chargement, plusieurs mécanismes ont lieu au même
instant:
- La propagation des ruptures d'interface mèche/mèche et mèche/résine avec la
tendance d'encerclement des mèches chaîne, induisant par la suite à une
décohésion inter faciale.
- La rupture longitudinale des mèches sens chaîne orientée parallèlement aux
ruptures par cisaillement.
Le suivi des endommagements apparaît dans les sections longitudinales des
mèches sens trame sous forme de rupture longitudinale interfaciale des fibres par
rapport au résine et ceci dans les parties de plus forte pente des fibres. En
parallèle à ce phénomène, les fissures longitudinales des mèches sens chaîne se
multiplient dans toutes directions comme le montre la Photo 28 et la Photo
II-29.
Durant le processus de ruine, les microfissures dans les blocs de résine déjà
rompus par cisaillement, se multiplient selon des orientations aléatoires.
La rupture finale du matériau, est atteinte par rupture transverse des mèches
sens trame et des ruptures longitudinales mèches sens chaîne se trouvant dans
un état de fragmentation et de déchaussement du motif. Les ruptures transverses
des mèches sens trame, s'exécutent aux endroits des fibres présentant la plus
faible rigidité. Ces positions correspondent aux positions de plus forte pente des
mèches sens trame comme le montre la Photo II-30 et la Photo II-31.
Chapitre 2: Comportement expérimental des Interlocks
Photo II-25 Section en sens trame (direction du chargement) de l'interlock
type H2- en zone de concentration de contrainte- MEB
Photo II-26 Section en sens trame (direction du chargement) de l'interlock
type H2- déclenchement des ruptures- MEB
Photo II-27 Section en sens trame (direction du chargement) de l'interlock
type H2- propagation des ruptures- MEB
Photo II-28 Section en sens trame (direction du chargement) de l'interlock
type H2- motif du processus de ruine- MEB
Photo II-29 Section en sens trame (direction du chargement) en phase de
rupture finale - Interlock type H2– MEB
Déclenchement des ruptures et cisaillement des bouts des mèches sens chaîne se
trouvant dans la zone des blocs de résine de forme 1.
Propagation des ruptures à travers les trajectoires d'interface mèche /mèche suivit de
rupture par cisaillement des blocs de résine de forme 2, par changement d'orientation.
Rupture d'interface mèche sens chaîne/ trame ou résine par encerclement des
mèches sens chaîne suivit de rupture longitudinale des ces mèches.
Endommagement longitudinal des mèches sens trame qui apparaissent en premier,
dans les endroits à plus forte pente.
Chapitre 2: Comportement expérimental des Interlocks
Photo II-30 Section en sens trame (direction du chargement) par progression
d'endommagement - Interlock type H2– MEB
Photo II-31 Section en sens trame (direction du chargement) en phase de
ruine - Interlock type H2– MEB
Déchaussement d'une mèche sens chaîne
par rupture d'interface mèche/mèche et
rupture d'interface mèche/résine.
Rupture d'interface mèche/mèche et
rupture par cisaillement des blocs de résine
de forme 2.
Ruptures longitudinales d'une mèche sens
chaîne.
Rupture longitudinale dans une mèche sens
trame dans l'endroit de plus forte pente.
Rupture
transverse de
mèches sens
trame en
forte pente
Rupture transverse
d'une mèche sens
trame en position
de forte pente
Fragmentation d'une
mèche sens chaîne
après des ruptures
longitudinales
Rupture transverse
d'une mèche sens
trame
b. En section transverse au chargement
Les sections transverses au chargement, des éprouvettes sollicitées dans le sens
trame, sont les sections sens chaîne du motif de tissage. Ce paragraphe est consacré à la
description des observations des études d'images de ces sections endommagées durant
le chargement. On s'intéresse en particulier aux endommagements au sein des mèches
sens trame.
Les analyses d'image sont réalisées sur des sections transverses (sections
perpendiculaires au chargement) obtenues sur deux étapes d'endommagement durant
l'essai:
La première phase d'endommagement: elle correspond aux accumulations des
premiers endommagements dans les mèches sens trame. La Photo II-32
correspondant à un stade d'endommagement dans cette première phase. On
visualise à faible grossissement, des endommagements comme des rayures
horizontales en couleur blanche au sein des mèches sens trame. Ces
endommagements ne sont autres que des ruptures d'interface fibre/résine
dispersés sur la section transverse des mèches sens trame. Ceci peut être
interprété par l'existence de micro délaminage dans les mèches sens trame dû
aux déformations
zdans l'épaisseur du composite. D'autre part, des ruptures par
cisaillement sont visualisées pour les blocs de résine entre deux sections de
mèche sens trame et deux mèches sens chaîne. Elles sont orientées en moyenne
à 45 contrairement aux directions des mèches sens chaîne adjacentes à ces
zones.
La deuxième phase d'endommagement: elle correspond aux accumulations des
endommagements en phase avancée, dans les mèches sens trame. Les ruptures
des interfaces fibre/résine observés en phase 1 se rejoignent pour former des
microfissures qui se propagent en direction verticale (sens transverse des sections
des mèches sens trame), conséquence d'éclatement de la résine au sein des
mèches trame. La photo II-33, montre qu'à travers ces éclatements, les fissures
se propagent provoquant des ruptures longitudinales des mèches sens trame. Ceci
peut être interpréter par l'existence de micro délaminage dans les mèches sens
trame. A ce stade d'endommagement, les microfissures se multiplient dans les
blocs de résine dans les deux directions verticale et horizontale comme le montre
la Photo II-34.
Pour combiner les mécanismes de rupture visualisés en section longitudinale et ceux
en section transverse, un suivi pour les études des fractographies des faciès de
rupture est indispensable.
Chapitre 2: Comportement expérimental des Interlocks
Photo II-32 Section en sens chaîne (direction perpendiculaire au chargement)
en phase 1 d'endommagement - Interlock type H2– MEB
Rupture par cisaillement de
bloc de résine
À fort grossissement
À fort grossissement
Endommagements au sein
des mèches sens trame,
visualisés par des
orientations privilégiées
horizontalement
Mèche sens chaîne
Photo II-33 Section en sens chaîne (direction perpendiculaire au chargement)
en phase 2 d'endommagement - Interlock type H2– MEB
Photo II-34 Section en sens chaîne (direction perpendiculaire au chargement)
Stade avancé d'endommagement dans les blocs de résine
Interlock type H2– MEB
À fort grossissement
Endommagements dans les mèches
sens trame, privilégiées
verticalement:
Rupture d'interface fibre/résine
Mèche sens chaîne
Mèche sens trame
Initiation des fissurations dans le sens vertical
dont la conséquence sera des ruptures
Chapitre 2: Comportement expérimental des Interlocks
c. Faciès de rupture
Les analyses d'image du MEB des faciès de rupture permettent d'observer l'état de
ruine des trois constituants du tissage interlock, les mèches sens chaîne et sens trame et
les blocs de résine à travers d'autres points de visualisation.
La Photo II-35, présente une vue de dessus de la surface du tissage endommagée au
moment de la ruine du composite. On visualise, des ruptures longitudinales d'une part
des mèches sens chaîne et d'autre part des mèches sens trame. La rupture finale du
matériau est signalée par les ruptures transverses des mèches sens trame à faible
adhérence fibre/résine. La Photo II-36, montre quelques détails des états
d'endommagement survenus au sein du composite dont les ruptures par cisaillement plan
des blocs de résine, inclinés d'environ de 45.
Photo II-35 Vue de dessus de l'éprouvette à l'état de ruine sous traction
uniaxiale dans le sens trame de l'Interlock type H2– MEB
Rupture longitudinale des
mèches sens chaîne.
Ouverture et propagation de
fissurations (dans le sens
longitudinale de la mèche)
Rupture longitudinale des
mèches sens trame. Ouverture
de fissuration
Rupture transverse d'une
mèche sens trame
À fort grossissement
Rupture de
fibres de la
mèche sens
trame
Photo II-36 Mèche sens chaîne en état de rupture longitudinale sous traction
uniaxiale dans le sens trame du tissage- Interlock type H2– MEB
Photo II-37 Blocs de résine cisaillés sous traction uniaxiale dans le sens trame
du tissage- Interlock type H2– MEB
Rupture de blocs de résine par cisaillement orientés à 45
Mèche sens
chaîne rompue
longitudinalement
Rupture de fibres d'une mèche sens trame
Mèche sens chaîne en état de rupture
longitudinale
Rupture transverse de fibres de la mèche
sens chaîne
Eclatement de résine par
cisaillement plan incliné et
déchaussement de fibre de la
mèche trame
Rupture
longitudinale de
mèche sens chaîne
À fort grossissement
Chapitre 2: Comportement expérimental des Interlocks
La photo II-38, présente le faciès transverse de rupture d'une éprouvette soumise à
une traction uniaxiale dirigée dans le sens trame du tissage. On visualise le tissage de
l'interlock en vue longitudinale avec les ruptures transverses des mèches sens trame et
les endommagements survenus sur les mèches sens chaîne en position longitudinale.
Photo II-38 Faciès transverse de rupture de l'éprouvette, sous traction
uniaxiale dans le sens trame de l'Interlock type H2– MEB
Rupture longitudinale des
mèches sens chaîne
Rupture transverse des fibres de
mèches sens chaîne en position
de plus forte pente
À fort grossissement
Rupture longitudinale des
II.2.3.2. Etudes macroscopiques – Interlock type 2
Dans la partie expérimentale sur les tissages ''angle interlock, type 2'', les études des
endommagements se restreindrent à des observations macroscopiques de la rupture et
de l'analyse des signaux des émissions acoustiques.
Dans le document
Modélisation du comportement élastique endommageable de matériaux composites à renfort tridimensionnel
(Page 78-90)