Résultats et interprétation des courbes expérimentales

Sur la figure V-6 nous présentons donc les courbes obtenues pour les matériaux composites MC et Ac. Pour enrichir notre analyse, nous avons également étudié des éprouvettes correspondant à un composite pour lequel les fibres avaient été débarrassées de leur apprêt (ensimage) avant la mise en œuvre du matériau (composite NS voir chapitre III).

L'aspect général des courbes est globalement le même pour les trois matériaux composites analysés: les mêmes signatures thermomécaniques sont toujours observées. Cependant, les courbes sont clairement décalées : le niveau de contrainte seuil à partir duquel la variable G devient significativement différente de 0 dépend clairement de la résistance fibre-matrice. Dans le cas du composite AC, la valeur de G commence à sortir significativement du niveau de bruit pour des valeurs de la contrainte macroscopique de l’ordre de . La valeur seuil

G^S=0,15° (voir figure V-6) a été déterminée en prenant la valeur des résidus pour les premier points qui n’appartiennent clairement plus au modèle linéaire (points indiqués par « damage onset » sur la figure V-4). Le développement de l’endommagement est alors suffisant pour provoquer une augmentation importante de la température. On peut remarquer que ce seuil, , correspond approximativement au niveau de contrainte pour lequel il avait été également possible de détecter l’apparition de l’endommagement à partir de l’analyse des champs de déformation obtenus au cours de nos essais de traction monotone à ±45° (figure IV-17).

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Le décalage entre les courbes correspondant au matériau Mc et au matériau Ac vaut environ . En considérant que les propriétés en fatigue de nos composites dépendent essentiellement des valeurs d’apparition de l’endommagement, cela correspond à une amélioration de 17% de la limite d’endurance. L'application sur les fibres d'un agent de couplage spécifiquement développé pour les composites à résine Elium® (ensimage acrylique) apporte donc une amélioration significative des propriétés en fatigue par rapport au cas où un agent de couplage non spécifique aurait été utilisé (matériau composite à ensimage multi-compatible). Rappelons que pour les essais monotones, la différence entre les valeurs de la résistance au cisaillement n’était que de 4%.

En comparant les matériaux Ac et NS, nous trouvons une amélioration de 22% des propriétés en fatigue. Enfin, nous pouvons remarquer que le comportement en fatigue du matériau MC est meilleur que celui correspondant au matériau NS (sans ensimage). L’utilisation d’un agent de couplage qui n’est pas spécifique aux résines acryliques permet malgré tout d’améliorer la résistance fibre-matrice.

Figure ‎V-6 : Détection du seuil d’endommagement par auto échauffement sous fatigue pour les composites MC, Ac et NS.

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V.3 Conclusion

Nous avons analysé expérimentalement l'influence de la qualité de l’adhésion fibre-matrice sur le comportement mécanique de nos composites en réalisant des essais d’auto-échauffement sous sollicitation cyclique. Les essais ont été effectués essentiellement pour des éprouvettes pour lesquelles les fibres étaient orientées à

par rapport à la direction de chargement. En développant une procédure originale pour traiter nos résultats d’auto-échauffement, nous avons pu obtenir les résultats suivants :

 Pour les faibles niveaux de contrainte, le comportement mécanique de nos composites peut être décrit dans le cadre de la viscoélasticité linéaire. Pour les niveaux de contrainte plus élevés un fort auto-échauffement a pu être mesuré que nous avons associé au développement d’un endommagement sévère au sein du matériau.

 La contrainte seuil correspondant à la transition "comportement viscoélastique linéaire - endommagement" dépend fortement de la résistance fibre-matrice.

 L’utilisation de l’ensimage « spécial acrylate » apporte une amélioration des propriétés en fatigue de l’ordre de 17 % comparativement au cas d'un ensimage « multicompatible ». En reprenant nos résultats du chapitre précédent, cela montre que, pour nos composites taffetas verre/Elium® sollicités dans leur plan, l’influence de la qualité de la résistance fibre-matrice sur les propriétés mécaniques est beaucoup plus facile à mettre en évidence pour des sollicitations en fatigue que pour des sollicitations statiques.

 L’auto-échauffement est beaucoup plus important pour des orientations de fibres à par rapport à l’axe de traction que pour des orientations 0°/90°. Ce résultat est en bon accord avec le développement d’un endommagement sévère que nous avions pu mettre en évidence au cours de nos essais monotones en cisaillement plan au chapitre précédent.

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