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Veuillez utiliser cette adresse pour citer ce document : http://hdl.handle.net/123456789/3204

Titre: Comportement des fissures réparées par patch en composite dans l'alliage d'aluminium 7075-T6
Auteur(s): KHODJA, Malika
Encadreur: FEKIRINI, Hamida
Mots-clés: Fissure
fatigue
fracture
cyclique
Aluminium 7075 – T6
matériaux composites
collage
températures du cycle de traitement
fibre de bore/époxy
distorsion
FM73K
processus de réparation collés
croissance des fissures par fatigue
Date de publication: 27-jan-2021
Résumé: الملخص(بالعربية): لقد كان التصدع الناتج عن التعب تحت الضغط المتكرر مصدر قلق للهندسة لعقود.أصبحت حالات فشل التعب أكثر شيوعًا وأصبحت ذات أهمية متزايدة في التصميم الهندسي مع تزايد مصادر الاهتزاز والتحميل الديناميكي للمواد. أثبتإصلاحالهياكلالمعدنيةالتالفةباستخدامرقعمن الموادالمركبةالملتصقةأنهاطريقةاقتصاديةلزيادةمقاومةالإجهادللهياكلالتالفة. يتعلقهذاالبحثبدراسةتجريبيةعنعمرتعبألواحصفائحالألمنيومالألومنيومAA7075-T 6التيتمإصلاحها / تقويتهابرقعةبورون / إيبوكسيملتصقة من جانب أحادي.تركز الدراسة على سلوك الشقوق في.AA7075 - T 6 أولاً ، تمت دراسة انتشار الشقوق من ثقب مسنن تحت شحنتعب أحادي المحور لصفيحة AA7075 − T 6 ، وهي غيرمصححة.تم تحليل النتائج التي تم الحصول عليها لتأسيس فهم سلوك الكلال) التعب(لصفائح الألمنيومAA7075 -T 6 غير المشقوقة. يحدد عامل شدة الإجهاد (SIF) حدة أو خطورة الشق.لذلك، يتحكم SIF في معدل نمو شقوق التعب.المسار الذي حدثت فيه الصدوع كان من خلال الحبيبات (الكسر بين الحبيبات) في جميع مراحل نموها. لقد أظهرت نموًا بطيئًا مع وجود خط مستقيم بالقرب من الشق حيث لوحظ نمو مرتفع قبل الكسر النهائي، نظرًا للكسر السريع غير المستقر.ثانيًا،وقد تم تقديم معلومات أساسية عن مواد الإصلاح الملصقة وأيضا مناقشة عملية إصلاح الهياكل المعدنية / المركبة بالتفصيل.ثم تم فحص عمر الكلال لصفائح طائرة مصنعة من AA7075 -T 6 متشققة بأطوال مختلفة التي تم إصلاحها باستخدام رقع من مركب بورون / إيبوكسي ومقارنتها بالصفائح الغير مصححة. أظهرت النتائج المتحصل عليها أن ترميم الصفيحة المتصدعة باستخدام رقع من المواد المركبة الملتصقة كان فعالاً فيتقليلمعدلنموالشقوقوبالتاليتحسينعمرالكلالللهيكلبنسبة 70٪. معدلنموالشقوقفياللوحةغيرالمصقولةأعلىمقارنةبمعدلاتالتصحيح. يزيدمعدلنموالشقكلمازادطولهبسببمعدلتركيزالضغطالعاليعندطرفه. حيثأظهرالتباينفيمعدلنموالشق (da / dN،mm / cyc) كدالةلطولالشقللوحةالمرقعةوالغيرمرقعةلإصلاحطولالشقالمختلفأنوجودالرقعةيقللبشكلكبيرمنمعدلنموالشق. لوحظأنهمنغيرالمناسبإصلاحالشقوقالتييزيدحجمهاعن 30 مم،لذلكلايوصىبإصلاحالشقوقالكبيرةالتييتمإصلاحهاباستخدامرقعمركبةبطولالشقوقالكبيرةللصيانةطويلةالمدىلأنهاقدتؤديإلىنتائجكارثية.ومعذلك،فمنالفعالإصلاحالشقوقالكبيرةفيحالاتالطوارئ. أخيرًا،ركزالبحثعلىتأثيردوراتالمعالجةالمختلفةعلىعمرالكلالللهياكلالمعززة / المرممة. تماختبارمعاملاتالمعالجةالمختلفةلتحديدالفروقمنحيثقوةالترابطوتأثيراتالتشويه(الاعوجاج) وعمرالكلاللصفائح AA7075 -T 6 التيتمإصلاحها. تمتدراسةالسلوكالمشوه للهياكلالمعدنيةالتالفة والمصلحةباستخدامرقعمن الموادالمركبةالملتصقة. تمالتحقيقفيتأثيرظروفدورةالمعالجةعلىعمرالكلال. أظهرتالنتائجأندرجاتحرارةالمعالجةالمرتفعةتعمل علىتعزيزالالتصاقبينالسطحالمعدنيوالرقع من الموادالمركبةوالمتانةالكلية. ومعذلك،قدتؤديدرجةحرارةالمعالجةالمرتفعةإلىتشويهمعالانحناء.يعتبر الجمع الأمثل بين درجة الحرارة ومدة دورة العلاج مهمًا لتقليل التشوه. ---------------------------------------------- Abstract (Anglais): Fatigue failure cracking under repeated stressing has been a concern of engineering for decades. Fatigue failures have become more common and increasingly significant in engineering design as sources of vibration and dynamic loading of materials have increased. The repairs of damaged metallic structures using bonded composite patch have been proved as an economical method to increase the fatigue life of damaged structures. This research deals with an experimental study on the fatigue life of AA7075-T6 aluminium alloy plates repaired/reinforced with single-sided boron/epoxy patches. The study focuses on the behaviour of cracks in AA7075-T6. First, the crack propagation from a notched hole under uniaxial fatigue loading of AA7075-T6 sheet, namely unpatched was studied. The obtained results were analysed to establish the fatigue behaviour understanding for uncracked, notched AA7075-T6 aluminium alloy. The stress intensity factor (SIF) defines the severity of a crack. Therefore, SIF controls the rate of fatigue crack growth. The path along which fractures occurred was through the grains (transgranular fracture) in all crack growth stages. It showed slow growth with a straight line near the notch where, due to rapid unstable crack, growth just prior to final fracture a high crack growth rate was observed. Second, the background on bonded repair materials is introduced. Also, metal/composite bonded structures repair process is discussed in details. Then the fatigue life of AA7075-T6 aircraft sheet cracked with various crack length repaired with a boron/epoxy composite patch was investigated and compared to unpatched plate. The obtained results showed that repairing of the cracked plate using bonded composite patches was effective in decreasing the crack growth rate and thereby enhancing the fatigue life of the structure by 70%. The crack growth rate in unpatched panel is higher compare to the patch ones. The crack growth rate increases as the crack length increases due to higher stress concentration rate at the crack tip. Where the variation of crack growth rate (da/dN, mm/cyc) as a function of the crack length for the patched and unpatched panel of different crack length repair showed that the patch presence highly decrease the crack growth rate. It was noted that it is inefficient to repair cracks of size more than 30 mm crack length. Therefore, in various crack length repaired with patches composite, it is not recommended to repair large cracks for long-term maintenance as it can lead to catastrophic results. However, it is effective to repair large crack for emergency conditions. Finally, the research was focused on the effect of different curing cycles on the fatigue life of reinforced/repaired structure. Different curing parameters were tested to determine differences in terms of bond strength, distortion effects and fatigue life of repaired AA7075-T6 sheets. Distortion behaviour of bonded repair was studied. The influence of the curing cycle conditions on fatigue life was investigated. The results showed that the elevated curing temperatures enhance the adhesion between the metal surface and the composite patch and overall durability. However, elevated curing temperature may result in distortion with bending curvature. The optimum combination of temperature and duration for the curing cycle is of importance to reduce the distortion. ---------------------------------------------- Résumé (Français) : La fissuration par fatigue sous des contraintes répétées est une préoccupation de l'ingénierie depuis des décennies. Les défaillances dues à la fatigue sont devenues plus courantes et de plus en plus importantes dans la conception technique à mesure que les sources de vibration et de charge dynamique des matériaux ont augmenté. Les réparations de structures métalliques endommagées à l'aide de patchs composites collées se sont avérées être une méthode économique pour augmenter la résistance à la fatigue des structures endommagées. Cette recherche porte sur une étude expérimentale sur la résistance à la fatigue de plaques d'alliage d'aluminium AA7075 −T6 réparées / renforcées avec des simples patchs en bore / époxy. L'étude se concentre sur le comportement des fissures en AA7075 - T 6. Tout d'abord, la propagation des fissures à partir d'un trou entaillé sous charge de fatigue uniaxiale de la tôle AA7075 − T 6, à savoir le comportement d’une tôle sans patch, a été étudiée. Les résultats obtenus ont été analysés pour établir la compréhension du comportement en fatigue de l'alliage d'aluminium AA7075-T6 non fissuré et entaillé. Le facteur d'intensité de contrainte (FIC) définit la sévérité d'une fissure. Par conséquent, le FIC contrôle le taux de croissance des fissures de fatigue. Le chemin le long duquel les fractures se sont produites était à travers les grains (rupture transgranulaire) à tous les stades de croissance des fissures. Il a montré une croissance lente avec une ligne droite près de l'entaille où, dû d'une fissure rapide et instable, juste avant la rupture finale, un taux de croissance de fissure élevé a été observé. Deuxièmement, le contexte sur les matériaux de réparation collés est présenté. De plus, le processus de réparation des structures collées métal/composite est discuté en détail. Ensuite, la résistance à la fatigue d'une tôle d'aéronef AA7075-T6 fissurée avec différentes longueurs de fissure réparée par patch en composite bore/époxy a été étudiée et comparée à une plaque non réparée. Les résultats obtenus ont montré que la réparation de la plaque fissurée à l'aide de patchs composites collés était efficace pour réduire le taux de croissance des fissures et augmenter ainsi la résistance à la fatigue de la structure de 70%. Le taux de croissance des fissures dans les tôles non réparées est plus élevé que dans ceux réparées par patchs. Le taux de croissance des fissures augmente avec l’augmentation de la longueur de fissure en raison d'un taux de concentration de contraintes plus élevé à la pointe de fissure. La variation du taux de croissance des fissures (da/dN, mm/cyc) en fonction de la longueur de fissure pour une tôle réparée et non réparée de différentes longueurs de fissure a montré que la présence de patch diminue considérablement le taux de croissance des fissures. Il a été noté qu'il est inefficace de réparer des fissures de taille supérieure à 30 mm de longueur de fissure. Par conséquent, dans diverses longueurs de fissures réparées avec des patchs composites, il n'est pas recommandé de réparer de grandes fissures pour un entretien à long terme car cela peut conduire à des résultats catastrophiques. Cependant, il est efficace de réparer une grande fissure en cas d'urgence. Enfin, la recherche s'est concentrée sur l'effet de différents cycles de traitement (c'est-à-dire l'historique de température en fonction du temps) sur la durée de vie en fatigue des structures renforcées/réparées. Différents paramètres de traitement ont été testés pour déterminer les différences en termes de résistance d'adhésion, d'effets de distorsion et de durée de vie en fatigue des plaques en AA7075 −T6. Le comportement de distorsion de la réparation collée a été étudié. L'influence des conditions du cycle de traitement sur la durée de vie en fatigue a été étudiée. Les résultats ont montré que les températures de traitement élevées améliorent l'adhérence entre la surface métallique et le patch composite et la durabilité globale. Cependant, une température de traitement élevée peut entraîner une distorsion avec courbure de flexion. La combinaison optimale de température et de durée du cycle de traitement est importante pour réduire la distorsion.
Description: Doctorat
URI/URL: http://hdl.handle.net/123456789/3204
Collection(s) :Génie Mécanique

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