Etude de la probabilité de rupture des composites unidirectionnels a matrice polymère viscoélastique

Abstract

الملخص (بالعربية):

في هذا البحث تم اقتراح نماذج تجريبية ورقمية لدراسة سلوك الزحف للمواد المركبة المدعمة بألياف الحلفاء أحادية الاتجاه وذلك باستخدام تقنية المرونة الضوئية. تمت معالجة ألياف الحلفاء كيميائياً من أجل تحسين خواصها الميكانيكية. إلى جانب ذلك، تم توفير اختبارات الشد للتنبؤ بمعامل يونغ وقوة الشد. تؤكد هذه الاختبارات أن المعالجة الكيميائية خلال 48 ساعة لألياف الحلفاء المجمعة من المنطقة الجنوبية تعطي أفضل النتائج. بعد ذلك ،تم تصنيع العينات عن طريق تمشيط راتنج Medapoxy STR وألياف الحلفاء المعالجة ، ثم تم ترتيب الألياف في مجموعات سداسية متعددة و تضمينها في المصفوفة بغرض توزيع الإجهاد على الألياف )نظرية مشاركة الحمل (،شرط أن تحتوي المجموعة على ليف مكسور واحد على الأقل. لوحظ تركيز للإجهاد بقرب الألياف المجاورة لليف المكسور. يسمح هذا بتخيل الصورة المرنة الضوئية لتاريخ الكسر أثناء اختبارات الزحف. يعطي الرسم التخطيطي بالمرونة الضوئية ، التوزيع الدقيق للإجهاد بالقرب من الألياف المكسورة التي توضح تركيزات إجهاد القص المحلي طوال مدة التجربة . تمت محاكاة آلية استجابة الزحف والفشل، وتم تطبيق معيار فشل Tsai-Wu باستخدام برنامج ANSYS .نظرًا لأنها تدمج بين الاختبارات التجريبية والمحاكاة العددية، تقدم الدراسة الحالية مساهمة علمية حقيقية في سلوك الزحف للمواد المركبة الحيوية بواسطة طريقة المرونة الضوئية.

---------------------------------------------- Résumé (Anglais)) :

By the present paper, experimental and numerical models are proposed to study the creep behavior of composite reinforced of unidirectional Alfa fibers using photoelasticity method. Alfa Fibers were treated chemically in order to improve their mechanical properties. Besides, Tensile tests were provided to predict Young modulus and tensile strength. These tests confirm that the chemical treatment during 48 Hours of Alfa fibers collected from the south region gives the best results. Next, specimens are manufactured by combing Medapoxy STR resin and the treated Alfa fibers. The Fibers are then arranged approximately in multiple hexagonal clusters and embedded in the matrix. For the micromechanical fiber stress redistribution or load sharing theory to be applied, the cluster must contain a minimum of one broken fiber. Consequently, stress perturbation was noticed due to a fiber fracture that propagates to the nearest neighbors fibers. This perturbation allowing the photoelastic visualization of the fracture history during the creep tests. The contour diagram and fringe values are giving the accurate distribution of stress near broken fibers showing local shear stress concentrations during the time. Creep response and failure mechanism have been simulated, the Tsai-Wu failure criterion was applied on ANSYS explicit dynamic software. Because it merges between experimental tests and numerical simulation, the present study offers a real scientific contribution to the creep behavior of bio-based composite strength by the photoelasticity method.

----------------------------------------------

Résumé (Français)

Par le présent article, des modèles expérimentaux et numériques sont proposées pour étudier le comportement de fluage d'un composite renforcé uni- directionnellement par des de fibres Alfa en utilisant la méthode de la photoélasticité. Les fibres alfa ont été traitées chimiquement afin d'améliorer leurs propriétés mécaniques. En outre, des tests de traction ont été établis pour prédire le module d'Young et la résistance à la traction. Ces tests confirment que le traitement chimique pendant 48 heures des fibres Alfa collectées dans la région sud donne les meilleurs résultats. Ensuite, les échantillons sont fabriqués en imprégnant la résine Medapoxy STR et les fibres Alfa traitées de la région sud. Les fibres sont ensuite disposées approximativement en clusters hexagonaux et incorporés dans la matrice. Pour que la redistribution des contraintes de fibre micromécanique ou la théorie du partage de charge soit appliquée, le cluster doit contenir au moins une fibre cassée. Une perturbation de contrainte a été remarquée en raison d'une fracture de fibre qui se propage aux fibres voisines les plus proches. Cette perturbation a été visualisée par la photoélasticité lors des essais de fluage. Le contour et les franges nous ont permis d'avoir une distribution précise des champs de contrainte près des fibres cassées montrant les concentrations de contrainte de cisaillement locales au cours du temps. La réponse au fluage et le mécanisme de défaillance ont été simulés, en introduisant le critère de défaillance Tsai-Wu sous le logiciel dynamique explicite ANSYS. Parce qu'elle fusionne entre les tests expérimentaux et la simulation numérique, la présente étude offre une réelle contribution scientifique au comportement de fluage de la résistance des composites biosourcés par la photoélasticité. ---------------------------------------------- Les mots clés-- الكلمات المفتاحية-- keys word-- Comportement fluage, Photoélasticité, fibres Alfa, Résistance composite, fracture. سلوك الزحف، مرونة ضوئية، ألياف الحلفاء،القوة المركبة ، كسر Creep behavior, Photoelasticity, Alfa fibers, Composite strength, Fracture.