L’analyse des structures assembl´ees par des joints adh´esifs est g´en´eralement investigu´ee par trois m´ethodologies typiques d’´etude : ´etude exp´erimentale, ´etude (simulation) num´erique et ´etude analytique. Les m´ethodes analytiques analysent les joints facilement, rapidement et avec une grande pr´ecision, mais certaines hypoth`eses sont n´ecessaires pour les joints complexes ce qui pourraient limiter la pr´ecision des r´esultats. D’autre part, la simulation num´erique a la capacit´e d’analyser des g´eom´etries complexes avec un mod`ele de mat´eriau complexe, seul le temps de calcul est la contrainte.
Afin de bien arranger nos futurs travaux , il faudrait faire un aperc¸u global sur l’´etude des joints adh´esifs au sein des structures assembl´ees tel que le cas des bandes de convoyeurs.
En profitant des r´esultats obtenus par d’autres chercheurs, nous pouvons d´eterminer correc-tement un proc´ed´e de r´eparation des bandes convoyeurs , cr´eer raisonnablement un mod`ele num´erique et proposer un mod`ele d’aide `a la conception et `a l’optimisation de la r´eparation des bandes endommag´ees.
1.5.1 Etude analytique
L’´etude analytique est un outil d’analyse utile `a la conception pr´eliminaire des joints coll´es, ce qui r´eduit les tests coˆuteux et le temps d’analyse pour les joints. Banea et da Silva [67] ont pr´esent´e les m´ethodes analytiques et leurs am´eliorations et limitations. De plus, plusieurs chercheurs [10, 40, 48, 59, 68–71] ont fourni des mod`eles analytiques et num´eriques concernant l’analyse des joints coll´es. Yousefsani et al. [71] ont propos´e une solution analy-tique pour les joints composites coll´es par des joints adh´esifs ´epais et minces en utilisant la th´eorie de Full layerwise. (FLT). Chaque JSR est divis´ee en N sous-couches num´eriques `a travers l’´epaisseur. Pour chaque r´egion, un ensemble d’´equations d’´equilibre peut ˆetre obtenu en utilisant le principe de l’´energie potentielle totale et les ´equations d’´elasticit´e tridimen-sionnelle. Ils ont continu´e l’application de cette th´eorie pour d´eterminer les contraintes inter laminaires `a travers l’´epaisseur de l’adh´esif et le long des joints composites simples et double recouvrement. L’approche FLT a ´et´e utilis´ee pour mod´eliser les joints double recouvrement avec de bons r´esultats.
Les travaux de Beker et al [12,72–75] sont bas´es sur les r´eparations des structures composites par patchs externes. La r´eparation d’une structure composite trou´ee par des patchs elliptiques est ´elabor´ee. L’analyse de probl`eme de r´eparation est confirm´ee parthe complex potential methodcompos´ee de 3 parties (FIGURE 1.28) le substrat, la r´egion r´epar´ee et la zone du trou. La solution ´elabor´ee offre un outil exacte et effectif pour l’estimation de la r´eparation par patchs ext´erieurs.
FIGURE 1.28 – Mod´elisation analytique r´ealis´e par Becker [12] pour la r´eparation avec des patchs externes elliptiques.
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1.5.2 Etude num´erique
Le comportement des joints coll´es n’est pas seulement influenc´e par la g´eom´etrie des joints, mais aussi par les propri´et´es des mat´eriaux et les conditions aux limites diff´erentes.
La g´eom´etrie des joints complexes et sa nature tridimensionnelle se combinent pour aug-menter la difficult´e d’obtenir un syst`eme global d’´equations math´ematiques pour pr´edire les propri´et´es m´ecaniques des joints coll´es.
En outre, dans tous les types de structures dans lesquelles le collage a ´et´e utilis´e comme m´ethode d’assemblage d’´el´ements, la durabilit´e du joint doit ˆetre trait´ee comme l’un des in-dices de base de leur utilit´e op´erationnelle. Une solution potentielle `a ce probl`eme est de re-chercher les informations indispensables en analysant la distribution des d´eformations et des contraintes dans la zone de jonction en utilisant des m´ethodes num´eriques. On peut s’attendre
`a ce que l’identification des contraintes dans le joint adh´esif permettra sa conception appro-pri´ee, la s´election des mat´eriaux constitutifs et de leurs propri´et´es, et permettra de pr´eciser la mani`ere dont le joint doit ˆetre r´ealis´e dans un contexte purement structural. Une analyse appropri´ee peut ˆetre effectu´ee au moyen de la mod´elisation num´erique en utilisant la m´ethode classique des ´el´ements finis. Les relations entre forces et d´eplacements sont exprim´ees dans cette m´ethode au moyen de la matrice de rigidit´e dont les ´el´ements constitutifs comprennent des constantes de mat´eriaux d´ecrivant les propri´et´es m´ecaniques des mat´eriaux mod´elis´es.
Un probl`eme important dans la mod´elisation FEM est la d´efinition appropri´ee des mod`eles des mat´eriaux analys´es. Dans le cas des joints coll´es dans une bande transporteuse compos´ee de caoutchouc et d’un adh´esif caoutchouc de gomme, les analyses trouv´ees dans la litt´erature, en r`egle g´en´erale, adoptent le mod`ele de mat´eriau hyper´elastique bas´e sur la loi de Mooney-Rivlin [76]. D. Mazurkiewicz [76, 77] a identifi´e les probl`emes de la simulation num´erique pour la mod´elisation des joints adh´esifs au sein des bandes transporteuses.
Des mod`eles de mat´eriaux non lin´eaires ´elastiques (hyper´elastiques) ont ´et´e utilis´es pour les calculs num´eriques de D. Mazurkiewicz [76].Dans le cas du tissu analys´e, il a d´ecid´e d’uti-liser des caract´eristiques de mat´eriau lin´eaire-´elastique. Les calculs ´etaient totalement non lin´eaires et impliquaient `a la fois des facteurs physiques et g´eom´etriques non lin´eaire.
Le probl`eme g´eom´etrique non lin´eaires a ´et´e analys´e en utilisant des techniques de calcul it´eratif incr´emental bas´ees sur la m´ethode de Newton-Raphson. Cette m´ethode permet des calculs tr`es pr´ecis en cas de grandes d´eformations typiques des mat´eriaux caoutchout´es car elle est bas´ee sur des ´equations g´eom´etriques non lin´eaires qui tiennent compte des relations non lin´eaires entre les d´eplacements et les d´eformations.
D. Mazurkiewicz a utilis´e un mod`ele num´erique spatial d’un joint coll´e simple recouvre-ment, sur la base d’un maillage hexagonal d’´el´ements volum´etriques finis avec trois degr´es de libert´e de translation par noeud. Dans le cas du caoutchouc, il a utilis´e des ´el´ements hexa-gonaux hybrides `a huit nœuds permettant la mod´elisation d’un mat´eriau hyper´elastique ca-ract´eris´e par de grandes d´eformations et une tr`es faible compressibilit´e. Les conditions aux limites ont ´et´e d´efinies en supprimant les degr´es de libert´e de translation des nœuds sur la face avant gauche du joint et en laissant la possibilit´e de subir des d´eplacements que dans le
sens de l’application de charge pour la partie avant droite du joint.
Selon D. Mazurkiewicz, cette mod´elisation prend du temps et d´epend d’une puissance de calcul ´elev´ee. C’est pourquoi un mod`ele suppl´ementaire a ´et´e ´elabor´e sur la base de la tech-nique des structures multicouches pour le cas d’assemblage de sections d’une bande trans-porteuse multi-plis. Cette m´ethode est bas´ee sur les options d’Abaqus (layup, pli option) qui permettent de cr´eer une repr´esentation monocouche d’une structure multicouches au moyen des ´el´ements shell (membrane, surface et type). L’avantage de la m´ethode de mod´elisation de structures multicouches est la r´eduction de la taille du programme dˆue `a la mod´elisation de nombreuses couches de la structure `a l’int´erieur d’un seul type d’´el´ement fini (du type shell par exemple). De plus, lorsqu’un mod`ele est v´erifi´e, il devient possible d’effectuer, en peu de temps, une analyse d’un certain nombre de mod`eles diff´erents, par exemple ceux avec des param`etres g´eom´etriques modifi´es, afin d’optimiser la structure en termes de sa g´eom´etrie et de force.
1.5.3 Etude exp´erimentale
Pour des r´eparations des structures composites, il faut bien consid´erer :
— Type de structure (premier / secondaire),
— Type de sollicitation (traction / compression, cisaillement),
— Type d’endommagement,
— Environnement d’exposition (temp´erature et humidit´e).
De plus, la politique des r´eparations structurales est propos´ee concr`etement par R. Jones et al [78]. La pr´eparation de surface joue ´egalement un rˆole important , et elle est direc-tement li´ee `a la qualit´e de l’assemblage coll´e. Pour obtenir un joint robuste et durable, un traitement de surface des adh´erents doit assurer l’´elimination de tous les contaminants (lu-brifiants, poussi`eres, couches de corrosion, micro-organismes) des surfaces pour assurer la bonne mouillabilit´e superficielle et l’activation des surfaces des mat´eriaux qui vont ˆetre coll´es (FIGURE 1.29).
FIGURE1.29 – Pr´eparation de surface pour collage des patchs internes [13].
Pour le cas de r´eparation des bandes transporteuses, la technique de traitement de sur-faces appropri´ee est celle de pelage, car elle permet l’´elimination des couches interm´ediaires
de caoutchouc sans affecter le tissu du pli.