Composites laminates and sandwiches fatigue behavior : damage detection and follow-up by non destructive techniques

Les travaux de cette thèse concernent l’étude expérimentale du comportement en fatigue de matériaux composites sous trois angles différents qui sont la détection et la caractérisation du délaminage, le comportement en fatigue sous sollicitations multiaxiales et enfin l’étude de structures semi-industrielles. Dans un premier temps, une étude bibliographique complétée par une étude expérimentale permet de mettre en évidence que le délaminage est un mode d’endommagement très sévère pour les composites stratifiés et qu’il est nécessaire d’avoir un indicateur fiable de l’endommagement dans les matériaux composites. Dans le second chapitre, le délaminage est étudié en utilisant deux techniques non destructives : l’imagerie ultrasonore et la thermographie infrarouge. L’utilisation de ces deux méthodes couplées à des observations macroscopiques ont permis une évaluation satisfaisante du délaminage. Le troisième chapitre aborde l’étude d’un matériau composite isotrope sous sollicitations multiples monotones et cycliques. Une éprouvette cruciforme a été conçue et fabriquée de manière optimale pour étudier l’influence de l’ajout d’une contrainte moyenne issue d’un effort constant perpendiculaire à l’effort cyclique appliqué, sur le comportement en fatigue. Les résultats des essais ainsi qu’une modélisation numérique ont montré qu’il n’y avait pas d’influence. Le dernier chapitre étudie le comportement en fatigue en flexion trois points d’une éprouvette sandwich utilisée dans le domaine du ferroviaire. Une étude expérimentale et une modélisation numérique ont permis de mettre en évidence l’influence des joints de colle sur le comportement de ce type de matériaux. Les premiers résultats en fatigue sont présentés.The work of this thesis concerns the experimental study of fatigue behavior of composite materials from three different angles, which is the detection and characterization of delamination, the fatigue behavior under multiaxial stress and the study of semi-industrial structures. Initially, a literature review completed by an experimental study allows to demonstrate that the delamination is a severe damage mode for composite laminates and it is necessary to have a reliable indicator of damage in composites. In the second chapter, the delamination is studied using two non-destructive techniques: ultrasonic imaging and infrared thermography. Using these two methods coupled with macroscopic observations have led to a satisfactory assessment of delamination. The third chapter discusses the study of an isotropic composite material under multiple stress monotonic and cyclic. An optimum cruciform specimen was designed and constructed to study the influence on the fatigue behavior, by applying a constant average stress in one direction and cyclic loading in perpendicular direction. Test results and a numerical modeling showed that there was no influence. The last chapter examines the fatigue behavior in three-point bending of a sandwich specimen used in the field of railways. An experimental study and numerical modeling have highlighted the influence of glue joints on the behavior of such materials. The first results in fatigue are presented