3D Interlock Composites Multi-Scale Viscoelastic Model Development, Characterization and Modeling

Les matériaux composites, et plus particulièrement les composites à renforts tridimensionnels (3D), sont de plus en plus utilisés dans l'industrie aérospatiale. En effet, les renforts 3D ont été développés afin d'améliorer les propriétés hors-plan ainsi que la résistance à l'impact et au délaminage. Les composites à renforts 3D sont généralement fabriqués par transfert de résine (Resin transfer Molding, RTM). Cependant, le développement de contraintes résiduelles dans les pièces est intrinsèque au procédé de fabrication et peut induire des déformations géométriques. Ces contraintes résiduelles et ces déformations résultantes peuvent par la suite affecter les performances des pièces fabriquées. C'est pourquoi des outils numériques ont été développés pour prédire le développement des contraintes résiduelles pendant la fabrication. La précision de ces outils dépend, cependant, des modèles matériaux utilisés. En effet, les modèles doivent tenir compte de l'évolution de la température et du degré de polymérisation du matériau au cours du procédé de fabrication pour réussir à prédire précisément le développement des contraintes résiduelles et les déformations géométriques résultantes. Cette thèse porte sur le développement d'un modèle viscoélastique linéaire thermodynamiquement admissible prédisant le comportement mécanique d'un matériau composite à renfort tissé 3D interlock, en fonction de la température et du degré de polymérisation. Le comportement viscoélastique a été attribué entièrement à la résine. Le modèle a donc tout d'abord été développé pour prédire le comportement viscoélastique de la résine pure. Il a ensuite été étendu par homogénéisation afin de modéliser le comportement des torons de chaine et de trame. Finalement, suite à une seconde procédure d'homogénéisation, le modèle a été généralisé pour prédire les propriétés homogénéisées du composite. Ce modèle a été implémenté par une autre étudiante au doctorat dans un outil de calcul afin de prédire l'évolution des contraintes résiduelles au cours de la fabrication par RTM de pièces structurales en composites tissés 3D et permet de modéliser adéquatement le comportement viscoélastique qui apparaît lors de la post-cuisson. Une campagne expérimentale a d'abord été menée afin d'évaluer le comportement viscoélastique linéaire de la résine pure. Des échantillons entièrement et partiellement polymérisés ont été fabriqués (sept degrés de polymérisation différents à partir du point de gel) puis testés en flexion trois points dans une DMA (Dynamic Mechanical Analyser). Des essais de relaxation à différentes températures ont été réalisés, en portant attention à ne pas dépasser la température de transition vitreuse (Tg) des échantillons partiellement polymérisés afin d'éviter la progression de la polymérisation pendant les essais. Les échantillons entièrement polymérisés ont par exemple été testés à 9 températures, entre 30�C et 150�C inclusivement.