Mechanical Behavior of a Triaxially Braided Textile Composite at High Temperature

L'utilisation de composites à matrice polymère (CMP) dans l'industrie aéronautique est aujourd'hui une réalité incontournable, tel qu'illustré par les matériaux utilisés dans le Boeing 787 ou le C-series de Bombardier. Ces matériaux, qui possèdent un rapport de rigidité/masse avantageux ainsi qu'une grande flexibilité de propriétés, représentent d'excellents candidats pour des applications de haute performance. En particulier, les composites textiles offrent une grande diversité mécanique résultant du choix de matériau pour les fibres et la matrice, ainsi que de l'agencement de l'architecture textile. Cependant, les CMP sont habituellement restreints à des applications à température ambiante, à cause des faibles propriétés mécaniques de la matrice à haute température. Le développement de matrices polymère possédant une meilleure résistance à la température crée de nouvelles opportunités pour les CMP, notamment pour les moteurs d'avions. Cependant, le comportement mécanique de la matrice varie en fonction de la température et du temps. De ce fait, les CMP peuvent exhiber un comportement viscoélastique à haute température et être sujets au vieillissement physique et chimique en présence d'un environnement oxydant. Les interactions entre le comportement de la matrice et l'architecture du composite textile doivent être analysés avant de concevoir des pièces avec ces matériaux. L'objectif principal de cette thèse était de comprendre l'influence de la température, de la viscoélasticité et du vieillissement sur les propriétés mécaniques d'un composite textile tressé. Le matériau étudié est un composite tressé carbone/MVK10 dont les torons sont orientés à 0°/±60°. La première étape consistait à développer un cadre d'homogénéisation analytique et numérique afin de prédire le comportement viscoélastique de textiles tissés et tressés. Des simulations ont été réalisées pour plusieurs fractions volumiques et rapports de contraste, en utilisant le modèle numérique comme base de vérification pour les modèles analytiques. L'étude a démontré que le modèle Mori-Tanaka tenant compte de l'ondulation des torons était le plus approprié pour évaluer les propriétés de composites textiles viscoélastiques. Lors de la deuxième étape, l'influence de la température sur l'endommagement du textile tressé carbone/MVK a été étudiée dans deux directions afin de tenir compte de l'anisotropie du matériau. Une série de tests de traction fut réalisée sur des échantillons de composite à température ambiante et à température de service. Une technique de réplication fut utilisée afin de surveiller l'évolution des fissures à la surface du matériau. Par la suite, la distribution des contraintes dans les torons a été évaluée à l'aide de modèles analytiques et numériques. Une nouvelle approche de maillage a été utilisée pour obtenir un Volume Élémentaire Représentatif de la structure. L'étude a permis de réaliser qu'à haute température, les propriétés élastiques transverses et de cisaillement des torons diminuent, engendrant une redistribution des contraintes au sein de l'architecture textile. Cette redistribution affecte les modes de rupture du composite ainsi que la progression de l'endommagement. L'étude a aussi montré le potentiel des modèles analytiques et numériques à expliquer les modes de ruptures au sein de l'architecture textile.