Réponse globale des matériaux

Avant d'aborder les résultats de mesure de champs, on examine en premier lieu la réponse force-déplacement axial des matériaux fournie par les machines d'essais.

Les sollicitations de traction monotone démontrent tout d'abord une réponse dépen- dante de l'axe de sollicitation, tant vis-à-vis de la linéarité que de la résistance à rupture : • la gure 2.24-a met en évidence une réponse élastique linéaire pour les éprouvettes de type A orientées à 0° jusqu'à la rupture autour de 40 kN pour un allongement de 5.5 mm environ,

• pour les éprouvettes de type B, constituées du même matériau mais orientées à 45°, on note une forte non linéarité associée à une résistance d'environ 10 kN pour un allongement de 20 mm (Fig. 2.24-b),

• pour les éprouvettes de type C, elles présentent un comportement intermédiaire

entre les deux précédentes vis-à-vis de la non linéarité mais leur résistance est plus élevée, autour de 75 kN pour un allongement à rupture de 5 mm environ (Fig. 2.24-c).

(a) type A Déplacement [mm] Force [kN] 50 40 30 20 10 0 1 2 3 4 5 6 0 (b) type B Déplacement [mm] Force [kN] 15 10 5 0 0 5 10 15 20 25 (c) type C 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 1 2 3 4 5 6 0 Déplacement [mm] Force [kN]

Figure 2.24  Courbes charge-déplacement axial pour les essais de traction monotone La réalisation des cycles de décharge permet une interprétation plus poussée du com- portement de ces matériaux composites. Etant donnée la reproductibilité des réponses, on a représenté à la gure 2.25 le comportement typique obtenu pour chaque type d'éprou- vettes pour la sollicitation décrite aux gures 2.6-a (types A et B) et 2.6-b (type C).

(a) type A Force [kN] 50 40 30 20 10 0 1 2 3 4 5 6 0 Déplacement [mm] (b) type B Déplacement [mm] Force [kN] 15 10 5 0 0 5 10 15 20 25 (c) type C Déplacement [mm] Force [kN] 1 2 3 4 5 6 0 -1 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10

Figure 2.25  Courbes charge-déplacement axial pour les essais de traction avec cycles La forte non linéarité des éprouvettes de type B orientées à 45° correspond à un en- dommagement ductile caractérisé par une dégradation des propriétés mécaniques mise en

évidence par la décroissance des pentes apparentes de décharge ainsi que des déforma- tions résiduelles importantes. On observe également de notables phénomènes d'hystérésis. Ces diérentes conséquences s'expliquent par le chargement appliqué qui mobilise davan- tage la matrice (comme en témoigne par exemple le déplacement à rupture) générant des endommagements par décohésion bres-matrice, des frottements dissipatifs ainsi que des eets visqueux. Par opposition, les tractions sur les éprouvettes de type A ne met- tent pratiquement en oeuvre que le comportement des bres, d'où une réponse élastique endommageable purement fragile. En ce qui concerne les éprouvettes de type C, leur séquence d'empilement fait intervenir davantage la matrice que le type A amenant un peu de déformations résiduelles et d'hystérésis. Néanmoins, les bres orientées à 0° restent les plus sollicitées, l'endommagement est dans ce cas fragile et ne génère pas de dégra- dation notable du module d'Young axial au fur et à mesure des cycles, même à 80% du pic de rupture. Les phases de recompressions réalisées à l'issue des décharges de traction ne permettront donc pas malheureusement de mettre en évidence l'eet unilatéral des microssures.

Durant tous ces essais, on entend nettement des bruits secs caractéristiques de ruptures de bres, et ce d'autant plus que l'on augmente la sollicitation. On voit également la poudre du révélateur (à l'oeil nu) ainsi que des particules de carbone (sur les mesures thermiques, voir Fig. 2.33) qui s'erittent des éprouvettes durant les montées en charge. Ces phénomènes s'interrompent en revanche lors des cycles de décharge-recharge et ne reprennent que lorsqu'on dépasse le niveau de traction atteint au cycle précédent.

En ce qui concerne le suivi thermique durant les essais, la gure 2.26 montre l'évolution temporelle de la variation de température moyenne sur l'éprouvette au cours des essais monotones sur les éprouvettes de type A. On note d'abord un refroidissement associé au comportement thermo-élastique du matériau. Le réchauement progressif qui intervient ensuite traduit le développement de l'endommagement, en l'occurrence l'accumulation des dissipations générées par les ruptures des bres (voir section 2.5.2). Le point d'inexion de la courbe qui correspond environ à 40% de la résistance à rupture ne représente pas forcément le seuil d'endommagement initial du matériau, il correspond au niveau où la compétition entre le refroidissement thermo-élastique et le réchauement induit par le développement de l'endommagement est remportée par le phénomène dissipatif.

Ces tendances sont conrmées par ce même type de donnée pour les essais cycliques sur éprouvettes de type C (Fig. 2.27). On observe en eet très bien pour le premier cycle, à faible niveau de contrainte donc très peu voire non aecté par les mécanismes dissipatifs, la réponse thermo-élastique du composite selon la nature de la sollicitation :

• le refroidissement induit par la traction et le réchauement associé lors de la décharge (témoignant du caractère non dissipatif de la thermoélasticité),

• similairement, le réchauement durant la compression qui suit et le refroidissement de la décharge de cette sollicitation.

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Figure 2.26  Evolution temporelle de la moyenne de la variation de température au cours des essais monotones (type A)

L'évolution temporelle de la variation de température moyenne permet ensuite de bien suivre les évolutions dissipatives au sein du matériau suivant les phases des cycles. Comme précédemment, les montées en charge se caractérisent par un refroidissement élastique jusqu'au niveau de sollicitation atteint au cycle précédent puis un réchauement induit par la création de surfaces de décohésion. Les phases de décharge amènent quant à elles l'essentiel du réchauement, traduisant l'importance des phénomènes dissipatifs liés au frottement des lèvres des défauts créés. Sur le plan quantitatif, on notera ainsi pour les éprouvettes de type A un accroissement maximum de température moyenne en n d'essai

d'environ ∆Tmax

moy = +0.1 K alors que les essais cycliques induisent pour les éprouvettes

de type C un ∆Tmax

être mise en place pour tous les essais (type B par exemple) du fait d'une perturbation trop intense en présence du projecteur nécessaire à la stéréo-corrélation.

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Figure 2.27  Evolution temporelle de la moyenne de la variation de température au cours des essais cycliques avec représentation du chargement appliqué (type C)