Synthèse

Dans le but d’optimiser le comportement vibratoire de la structure en fonction des différents paramètres de la couche viscoélastique, une étude paramétrique utilisant des calculs de structures par éléments finis est effectuée. Cette analyse a été réalisée dans le cas des stratifiés viscoélastiques unidirectionnels aves plusieurs orientations des fibres (0°, 15°, 30°, 45°, 60°, 75° et 90°). Plusieurs paramètres de la couche viscoélastique ont été considérés, notamment,

son épaisseur (e-NR = 0, 0.5, 1, 1.5, 2 et 2.5 mm), son module de Young (Ev = 0,5, 1, 2, 3, 4 et

5 MPa) et son amortissement (ηv = 1, 2, 3, 3,5 et 4%). Les résultats obtenus ont montré que

pour les différentes orientations des fibres, l’augmentation de l’épaisseur et du facteur d’amortissement de la couche viscoélastique améliore le comportement vibratoire du composite viscoélastique. En plus, lorsque la couche est moins rigide, son effet sur les propriétés modales est plus important. Il a été constaté aussi que l’amélioration du comportement vibratoire du composite est accompagné d’une diminution de sa rigidité. Ainsi, le choix des propriétés optimales de la couche viscoélastique doit obéir à un compromis entre les caractéristiques mécaniques et l’amortissement. L’effet de l’intégration d’une couche viscoélastique, même avec une faible épaisseur, améliore considérablement les propriétés modales de la structure.

Facteur d'amortissement de la couche viscoélastique v (%)

1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 F a c te u r d 'a m o rt is s e m e n t d u c o m p o s it e  T o t ₍^% ) 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 Mode1 Mode2 Mode3 Mode4 Mode5 Mode6

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4.5. Conclusion

Dans ce chapitre nous avons, dans un premier temps, effectué une compagne d’essais en vibration de poutres des composites à fibres de lin/greenpoxy. Les résultats des essais ont été comparés aux résultats obtenus par des calculs de structures par éléments finis pour différentes orientation des fibres. Les résultats obtenus par l’analyse numérique des fréquences propres, des modules d’Young et des facteurs d’amortissement ont montré un bon accord avec ceux obtenus expérimentalement du chapitre 3. Dans un deuxième temps, nous avons mis en place une modélisation de l’amortissement des matériaux composites viscoélastiques. Cette modélisation est basée sur une analyse par éléments finis et calcule les énergies de déformation emmagasinées dans les différents constituants du composite à partir des champs des contraintes et des déformations. Les énergies de déformation associées aux amortissements des constituants permet ensuite de déterminer l’amortissement global du composite viscoélastique considéré.

Dans le but d’identifier l’influence des caractéristiques de la couche viscoélastique sur le comportement dynamique du stratifié, une étude paramétrique a été ensuite effectuée. Différentes propriétés des composites viscoélastiques, telles que les fréquences, les modules de Young et les facteurs d’amortissement ont été analysées en faisant varier l’épaisseur de la couche viscoélastique, son module de Young, et son facteur d’amortissement. Les résultats ont montré que pour les différentes orientations des fibres, l’augmentation de l’épaisseur et le facteur d’amortissement de la couche viscoélastique accompagnée par une diminution de sa rigidité, améliorent considérablement le comportement vibratoire du composite.

Ainsi, l’idée développée dans ce chapitre est de choisir des propriétés mécaniques et physiques de la couche viscoélastique naturelle à insérer dans le stratifié permettant d’optimiser son comportement dynamique global.

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Chapitre 5. Analyse du comportement non linéaire des

matériaux composites stratifiés élastiques et viscoélastiques

Résumé

Ce chapitre présente une analyse du comportement vibratoire non linéaire des matériaux composites élastiques et viscoélastiques. Une analyse expérimentale a été effectuée dans une

configuration encastrée/libre. Quatre séquences d’empilement de composites [0]8, [90]8,

[02/902]s et [+452/-452]s ont été étudiées pour les deux types de stratifiés. Suite à une série d’essais avec des amplitudes de résonances croissantes, les variations des fréquences de résonance et des facteurs d'amortissement ont été évaluées. Les paramètres non linéaires élastiques et dissipatifs liés respectivement à la fréquence et à l'amortissement ont été déterminés pour les six premiers modes de flexion. Les paramètres non linéaires déduits ont étés comparés avec ceux obtenus par l’analyse en vibration linéaire présentée dans le chapitre 3. Enfin, une comparaison des sensibilités de ces paramètres a été ainsi réalisée.

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5.1. Introduction

Les méthodes de résonance non linéaire ont fait leur apparition dans le domaine du Contrôle Non Destructif (CND) des matériaux. Elles présentent une sensibilité plus importante que celle des méthodes de réponses en vibration linéaire classique. Le comportement non linéaire des structures apparait généralement pour des matériaux hétérogènes ou endommagés, dont la non linéarité élastique influe sur les fréquences propres et celle dissipative influe sur son facteur d’amortissement.

Ce chapitre porte sur l’étude de la réponse non linéaire de deux types de matériaux composites biosourcés, stratifiés élastiques et stratifiés viscoélastiques. Quatre séquences

d’empilement ont été étudiées pour chaque composite. Elles sont de types [0]₈, [90]₈

(composites à fibres unidirectionnelles) et [02/902]s, [+452/-452]s (composites à fibres croisées) pour les stratifiés élastiques et [04/NR]s, [904/NR]s, [02/902/NR]s et [+452/-452/NR]s pour les stratifiés viscoélastiques (NR ‘Natural Rubber’ désigne la couche viscoélastique naturelle). Dans un premier temps, l’évolution des fréquences de résonance et des facteurs d’amortissement en fonction des différentes amplitudes d’excitation appliquées ont été étudiées pour chaque matériau. Dans un second temps, les amplitudes de déformations ont été déterminées et discutées pour les différents niveaux d’excitation. Ensuite, nous nous sommes attachés à déterminer deux paramètres non linéaires, le premier est associé au décalage fréquentiel appelé paramètre non linéaire élastique et le deuxième associé au décalage de l’amortissement appelé paramètre non linéaire dissipatif. Enfin, nous avons comparé les sensibilités de la méthode non linéaire à celle linéaire utilisée dans le chapitre 3.