II.1.4.1 Observation du caractère viscoélastique d’un renfort
Dans la littérature, la plupart des essais de caractérisation du comportement de renforts sollicités dans l’épaisseur sont réalisés dans des conditions de vitesses de compression, telles que tout effet de viscoélasticité est censé disparaître, alors que certains renforts révèlent pourtant bien un caractère viscoélastique, qui peut influer sur leurs comportements, même à faible vitesse. Le comportement viscoélastique d’un renfort textile est aisément mis en évidence au moyen de plusieurs expériences simples, illustrées à la Figure 22, qui traduit l’évolution de la contrainte 𝜎 dans les fibres au cours du temps, en réponse aux différentes
variations de la hauteur du renfort. Il est à noter que ces expériences sont menées sur des
renforts secs, ce qui signifie que les phénomènes constatés sont totalement liés au comportement du renfort seul et non à l’éventuelle présence de résine, dont la viscosité pourrait être tenue responsable de l’ensemble du constat d’un comportement viscoélastique.
Figure 22. Représentation schématique de comportements viscoélastiques observés sur des échantillons
secs de tissus sollicités dans l’épaisseur au cours du temps [70].
Parmi les réponses dépendant du temps, synonymes d’un comportement viscoélastique du renfort textile sollicité dans l’épaisseur, nous pouvons citer :
la diminution de la contrainte, observée au cours du temps lors d’un essai de
relaxation, alors que la déformation appliquée est maintenue constante sur l’échantillon (Figure 22.a) ;
l’apparition d’un pic plus important de la contrainte résultante avec l’augmentation
de la vitesse de déformation (ou du taux de déformation), observée lors de plusieurs essais comparatifs de relaxation des contraintes, où les échantillons sont comprimés jusqu’à atteindre la même déformation mais avec des vitesses de déformation
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différentes (chaque échantillon rejoint ensuite un niveau de contrainte identique après un certain temps, qui dépend lui-même de la déformation appliquée à l’échantillon lors de sa compaction) (Figure 22.b) ;
une hystérésis dans l’expression de la contrainte en fonction de la hauteur du renfort,
lors de l’application de cycles de chargement et déchargement identiques en termes de vitesses de déformation (et donc de temps de cycle) : pour une hauteur donnée de l’échantillon en chargement et en déchargement, la contrainte résultante mesurée en phase de déchargement est plus faible que celle relevée en phase de chargement (Figure 22.c).
Enfin, à ce sujet, nous pouvons citer les travaux de Somashekar et al. [58], qui se sont penchés sur la phase de décompression de la préforme et l’étude de l’évolution de sa hauteur lorsque le renfort comprimé est subitement libéré de toute pression de compaction. La déformation qui en découle peut être séparée en trois composantes, représentées à la Figure 23, à savoir :
un retour élastique, qui apparaît en tout premier lieu ;
puis une déformation dépendant du temps, qui peut être assimilée à du fluage et
qui traduit la nature viscoélastique du comportement de la préforme, intrinsèquement présente pour plusieurs types de renfort, mais souvent ignorée dans la définition de la loi de comportement ;
et enfin, une déformation permanente qui ne permet pas à la préforme de
retrouver sa hauteur initiale.
Figure 23. Schéma représentatif de l’évolution de la hauteur d’un échantillon soumis à un simple cycle de
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II.1.4.2 Influence de la vitesse de déformation
La vitesse de déformation, avec laquelle est appliquée la sollicitation mécanique, peut également impacter le comportement du renfort. En particulier, les types de renfort dont le caractère viscoélastique a été mis en valeur de manière expérimentale (cf. § II.1.4.1), peuvent voir s’accentuer les effets viscoélastiques constatés sur leur comportement, selon la vitesse de déformation utilisée lors des essais. Or, dans la plupart des études de caractérisation de renforts disponibles dans la littérature, les vitesses de compression sont généralement choisies relativement faibles, de manière à s’affranchir de tout comportement viscoélastique qui serait induit par une vitesse de déformation du renfort trop importante [60]. Pour chaque type de renfort, il existe un intervalle de vitesses pour lequel le comportement du renfort soumis à un cycle de chargement ne semble pas fluctuer au gré des variations de vitesses de compression.
Quelques études comparent les effets de la vitesse de déformation sur le comportement en compression de certains renforts secs, testés sur toute une gamme de vitesses (cf. Figures 24 et 25), et les résultats ont montré une influence négligeable de la vitesse, tout au moins pour les intervalles de vitesse considérés [61,65]. Cependant, il est difficile d’extrapoler ces résultats à une gamme de vitesses plus large et à d’autres types de renforts textiles, d’autant plus s’ils sont sollicités en décompression à l’état imprégné.
Figure 24. Pression de compaction en fonction de la fraction volumique de fibres de différents renforts secs
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Figure 25. Pression de compaction en fonction de la fraction volumique de fibres de différents renforts secs
(renfort mat (CFRM) et quasi-UD) pour plusieurs vitesses [61].
II.1.4.3 Influence de la viscosité du fluide
L’influence de la viscosité de la résine mise en jeu peut également venir accentuer les effets viscoélastiques constatés sur le comportement en compression de certains types de renfort textiles imprégnés. Cette potentielle influence a également été abordée dans la littérature, mais dans une moindre mesure. Nous pouvons mettre en avant une étude en particulier, à travers la Figure 26, où nous observons qu’il n’y a pas de différence significative dans le comportement en compression d’un renfort imprégné avec plusieurs résines présentant des viscosités différentes. Cela signifie que la viscosité ne semble pas affecter sensiblement la déformation en compression du renfort, tout au moins dans les conditions particulières de cette étude (gamme de viscosités, type de renforts et type de chargement appliqué).
Figure 26. Pression de compaction en fonction de la fraction volumique de fibres d’un renfort textile tissé
imprégné par trois types de résine : polyester à haute viscosité (Crystic 471), polyester à basse viscosité (Crystic 781) et époxy à basse viscosité identique (Araldite LY 564) [65].
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De plus, au même titre que l’étude de l’influence de la lubrification sur la décompression de renforts imprégnés (cf. § II.1.2), l’effet de la viscosité du fluide sur le comportement en décompression d’un renfort a été très peu abordé dans la littérature. De ce fait, nous ne pouvons présupposer aucune conclusion valable d’un tel effet sur le comportement de renforts en décompression.