Développement d'un modèle de durabilité de poutres composites unidirectionnelles renforcées par des fibres de verre

Abstract

Résumé -Les interactions entre le vieillissement humide de composites unidirectionnels verre/époxy et leur tenue en fatigue par flexion sont ici abordées dans le cadre d'un modèle de durabilité fondé sur des notions de corrosion sous contrainte. L'étude est focalisée sur les stades initiaux de l'endommagement par fatigue, qui sont caractérisés par l'accumulation diffuse, à l'échelle microscopique, des ruptures diffé-rées des monofilaments de verre constituant le renfort. Ces processus sont décrits à l'aide d'un modèle de corrosion sous contrainte faisant appel, d'une part, à la distribution initiale des défauts de surface des fibres, d'autre part, à la cinétique de croissance sous-critique de ces mêmes défauts sous l'action combinée des contraintes et de l'humidité. Ces aspects sont validés expérimentalement sur des mèches de fibres non imprégnées, puis à l'échelle d'un volume élémentaire représentatif de composite. L'existence d'une relation empirique entre la densité de fibres rompues et la raideur en flexion trois points du matériau permet alors d'établir des expressions prédictives de la raideur. Celles-ci sont déduites du calcul de la probabilité de survie des fibres de verre. Le modèle aboutit à la détermination des cinétiques de perte de raideur de poutres de flexion composites en fonction de la nature du chargement mécanique de fatigue (niveau de déformation, fréquence, rapport de sollicitation) et des paramètres environnementaux (température, humidité). Les prédictions sont confrontées à des résultats expérimentaux obtenus sous chargements monotones, quasi statiques (relaxation) et de fatigue cyclique.Mots-clés : durabilité, poutres composites, fibres de verre, fatigue, flexion, humidité, vieillissement, corrosion sous contrainte. Abstract -Development of a Durability Model Applied to Unidirectional Composites Beams Reinforced with Glass Fibers

Stress corrosion cracking in glass reinforced polymer composites

“…4.11) and the corresponding value of m (4.3 ± 0.15) is very consistent with that determined independently from the static fatigue experiments. This approach was found to provide a value of the parameter n that is consistent with that obtained from the analysis of static fatigue data (Pauchard et al 2001). Such a v-K curve can be obtained using the same procedure as that described in Section 4.3.2, since the stiffness loss data can be related to the amount of broken fi bre by relation [4.17].…”

“…As detailed in Pauchard et al (2001) and (2002a), these values can be determined from the in situ observation of composite specimens during both monotonic and static fatigue loading. As detailed in Pauchard et al (2001) and (2002a), these values can be determined from the in situ observation of composite specimens during both monotonic and static fatigue loading.…”

“…Such a v-K curve can be obtained using the same procedure as that described in Section 4.3.2, since the stiffness loss data can be related to the amount of broken fi bre by relation [4.17]. Accordingly, the shift of the log(ln(S/S 0) ))-log t curve as a function of temperature provides a value of the activation energy which is of the order of 50 kJ mol −1 for Eglass/epoxy composites (Pauchard et al 2001). At this stage, it is also interesting to consider the ability of an SCC model to take into account the effects of temperature.…”

“…Subcritical crack propagation rate in ECR-glass ® fi bres at 10% (᭝) and 50% (᭜) relative humidity and at 23 °C (fromPauchard et al (2001)). Solid lines correspond to theoretical predictions (equation 4.3).…”

“…Insert: load plotted against displacement (data taken fromPauchard et al (2001)). Insert: load plotted against displacement (data taken fromPauchard et al (2001)).…”