Etude des effets de l’endommagement d’adhésif et de la plasticité sur la réparation des structures fissurées.

Abstract

الملخص (بالعربية) :

الترابط هو تقنية تستخدم بشكل متزايد في صناعات الطيران والفضاء والطب. تعد دراسة التجميعات ذات أهمية كبيرة وتتطلب تطوير تقنيات التحكم في الأداء على المستوى الميكانيكي وكذلك الفيزيائي الكيميائي. موضوع هذه الدراسة هو التحليل العددي باستخدام طريقة العناصر المحدودة ثلاثية الأبعاد لإصلاح التشققات بواسطة الرقعة المركبة. تم النظر في اثنين من القوانين التأسيسية للهيكل المتصدع ؛ الأول هو المرونة الخطية أو تستخدم مفاهيم ميكانيكا الكسر الخطي لدراسة أداء الإصلاح. أظهرت النتائج العددية أن المساحة البلاستيكية حول رأس الكراك تقل بعد التصاق الرقعة وهذا الانخفاض ملحوظ لسبائك الألومنيوم (2024 T3 و 7075 T6). تتضح الخواص الميكانيكية والهندسية للمادة اللاصقة وكذلك الرقعة من خلال الاختلافات في عامل شدة الإجهاد عند نقطة التصدع. القانون التأسيسي الثاني للوحة المكسورة في وضع الفتح هو من نوع الإجهاد والانفعال. يتم استخدام نهج نشط ، ميكانيكا الكسر غير الخطي على أساس تكامل رايس J ، لوصف سلوك الشقوق التي تم إصلاحها بالرقع. يظهر تأثير وحجم الشق وكذلك سمك اللوح والمادة اللاصقة والمركب في الاختلافات في طاقة الكسر ومدى منطقة طرف الكسر البلاستيكي.

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Résumé (Français et/ou Anglais) :

L’assemblage par collage est une technique de plus en plus utilisée dans les industries aéronautique, aérospatiale et médicale. L’étude des assemblages est d’une grande importance et nécessite le développement de techniques de contrôle des performances, au niveau mécanique, que physico-chimique. L’objet de la présente étude porte sur une analyse numérique par la méthode des éléments finis tridimensionnelle, de la réparation des fissures par patch en composite. Deux lois de comportement de la structure fissurée sont considérées ; la première est élastique linaire ou les concepts de la mécanique linaire de la rupture sont utilisés pour l’étude des performances de réparation. Les résultats numériques ont montré que la zone plastique autour de la tête de la fissure est réduite après collage du patch et cette réduction est sensible pour les deux alliages d'aluminium (le 2024 T3 et le 7075 T6 ). Les propriétés mécaniques et géométriques du substrat, de l’adhésif ainsi que le patch sont mises en évidence sur les variations du facteur d’intensité de contrainte en pointe de fissure. La deuxième loi de comportement de la plaque fissurée en mode d’ouverture est de type contrainte-déformation. Une approche énergétique, de la mécanique non linéaire de la rupture fondée sur l’intégrale J de Rice, est utilisée pour décrire le comportement des fissures réparés par patch en composite. L’influence et la taille de la fissure ainsi que les épaisseurs de la plaque, de l’adhésif et du composite sont mises en évidence sur les variations de l’énergie de rupture et l’étendue de la zone plastique en pointe de fissure.

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Abstract (Français et/ou Anglais) :

Bonding is a technique increasingly used in the aviation, aerospace and medical industries. The study of assemblies is of great importance and requires the development of performance control techniques, at the mechanical, as well as physico-chemical level. The subject of this study is a numerical analysis by the three-dimensional finite element method of repair of cracks by composite patch. Two constitutive laws of the cracked structure are considered; the first is linear elastic or the concepts of linear fracture mechanics are used to study repair performance. The numerical results showed that the plastic area around the crack head is reduced after bonding of the patch and this reduction is noticeable for the two aluminum alloys (2024 T3 and 7075 T6). The mechanical and geometric properties of the substrate, the adhesive as well as the patch are evidenced by variations in the stress intensity factor at the crack point. The second constitutive law of the cracked plate in opening mode is of the stress-strain type. An energetic approach, nonlinear fracture mechanics based on Rice's J integral, is used to describe the behavior of patch repaired cracks. The influence and size of the crack as well as the thicknesses of the plate, adhesive and composite are shown on the variations in fracture energy and the extent of the plastic crack tip zone. Keywords: Composite patch, adhesive, crack, Repair, Composite, plate, defect, Stress intensity factor FIC, Integral J, Plastic area, moment, tension, shear modulus.