Comportement sous choc des composites sandwichs et influence des paramètres des matériaux et du test

Bien que les structures sandwichs occupent actuellement une place considérable dans tous les secteurs industriels notamment le secteur aéronautique, leur forte sensibilité aux chocs mêmes à des faibles vitesses soulève certaines inquiétudes chez les constructeurs d'aéronefs et tend à limiter leur champ d'application. En effet, les structures aéronautiques sont susceptibles d'être exposées à des chocs accidentels de diverses origines (chutes d'outils lors de maintenance, chocs entre deux panneaux lors de l'assemblage, impact d'oiseaux pendant la vie en service de l'avion…) dont les conséquences sont souvent redoutables. Pour cela, une méthode de tolérance aux dommages est adoptée pour la certification de ces structures. Cette méthode vise à évaluer la résistance résiduelle d'une structure endommagée et donc à quantifier l'effet des dommages sur les performances mécaniques de ces structures. Ceci va nous permettre de construire des structures plus résistantes aux dommages. C'est dans cette optique que nous nous sommes intéressés à l'étude du comportement à l'impact des panneaux sandwichs constitués avec des peaux stratifiées verre-E/vinyle-ester et une âme en mousse PVC rigide. Dans un premier temps, pour réaliser les tests d'impact, divers panneaux sandwichs (17 x 45 po²) ont été fabriqués par moulage sous vide. Pour des finalités de recherche, deux densités d'âme ont été retenues (58.5 Kg/m³ et 92 Kg/m³). Les peaux ont été constituées avec deux épaisseurs différentes (2 et 3 plis) respectivement selon les séquences d'empilement suivante [0/90/ -45/+45]s et [0/90/-45/+45/90/0]s. Le chargement d'impact a été simulé par un dispositif à masse tombante sur des échantillons mesurant 4 po x 6 po et en utilisant trois diamètres d'impacteur (½, 1 et 1¾ po). Les résultats des tests d'impact (courbes force-temps) associés à l'inspection visuelle des échantillons impactés, nous ont permis d'évaluer la sévérité de dommages provoqués par les sollicitations d'impact. Par ailleurs, en nous référant aux courbes énergies-temps, nous avons pu déterminer l'indice d'endommagement (ID) pour chaque échantillon impacté. Les résultats sont ensuite présentés sous la forme de courbes où l'on porte en abscisse le pourcentage d'énergie absorbée et en ordonnée l'énergie fournie. Ces courbes ont permis de déterminer la valeur critique d'énergie d'impact à laquelle une transition entre les différents types de dommages est observée. De là, nous avons pu déterminer l'effet de différents

Abstract

Although the sandwich structures currently occupy a considerable place in all the industrial sectors including aerospace, their high sensitivity to low velocity impact raises some concerns among aircraft manufacturers and tends to limit their scope. The aeronautical structures are likely to be exposed to accidental shocks of various origins (falls of tools during maintenance, shocks between two panels during the assembly, impact of birds during the service life,…) whose consequences are often undesirable. For that, a damage tolerance approach is adopted for the certification of these structures. The aim of this method is to evaluate the residual resistance of a damaged structure and thus to quantify the effect of the damage on the mechanical performances of these structures. This will allow us to make structures more damage tolerant. Accordingly, we were interested to study the impact behavior of sandwich panels made with laminated skins glass-E/vinyl-ester and a rigid PVC foam core. To carry out the tests of impact, various sandwich panels (17 x 45 po ²) were manufactured by resin infusion and vacuum molding. For research testing purposes, two core densities were retained (58.5 kg / m³ and 92 kg / m³). The facesheets were made up with two different thicknesses (2 and 3 plies) respectively according to the following stacking sequences [0/90/-45/+45]s and [0/90/-45/+45/90/0]s. The impact loading was simulated by a drop-weight tower on samples measuring 4 po x 6 po, using three impactor diameters (½, 1 and 1 ¾ po). The results of impact tests (force-time signal) associated with visual inspection of samples impacted, have allowed to evaluate the severity of damage caused by the impact. In addition, with reference to the energy-time curves, we have determined the damage index (ID) for each impacted sample. The results are subsequently presented in the form of curves where the abscissa is the percentage of absorbed energy and the ordinate is the supplied energy. These curves were used to determine the critical value of impact energy at which a transition between different categories of impact damage is observed. Thus, we could determine the effect of various structural parameters (density of core and thickness of facesheets) and experimental (diameter of impactor) on the response to the impact of our samples, especially in the transition zone. In addition, tests of compression after impact (CAI) were conducted on a conventional MTS fatigue machine. The main objective of