Caractérisation thermique et mécanique d'un matériau composite aéronautique pendant le procédé d'élaboration (contribution à l'estimation des contraintes résiduelles)

In this thesis, an extensive mechanical and thermal study of curing of an aeronautic composite material with epoxy matrix is reported. The characterization of the kinetic of the chemical reaction and thermophysical parameters of the resin is done using a DSC and a specific mold developed in the laboratory (PVT). The volumetric behaviour of the resin is then identified to determine its chemical shrinkage and thermal expansion coefficients. From the rheological point of view, the properties and the yield stress of the resin, characterizing a possible relaxation, versus the conversion degree are determined. The effective properties of the composite material and the residual stresses at the scale of constituents are calculated using a self-consistent model. The thermokinetic and thermomechanical modelling and the residual stresses calculation are made by using finite elements taking into account the yield stress of the resin as a criterion for the presence of residual stresses. An experimental approach based on the peel-ply-method allows deducing the residual stresses by measuring the induced moments and curvatures. The residual stresses through the thickness, estimated by this method, are compared to those calculated by a thermoelastic model and a variationnal approach.Dans cette thèse, une étude exhaustive mécanique et thermique de la cuisson d un matériau composite aéronautique à matrice polymère est effectuée. La caractérisation de la cinétique de réaction et des paramètres thermophysiques est réalisée en utilisant un DSC et un moule instrumenté développé au laboratoire (PVT) Le comportement volumique de la résine est ainsi identifié en continu afin de déterminer ses coefficients de retrait chimique et de dilatation thermique. Du point de vue rhéologique, les propriétés ainsi que le seuil d écoulement de la résine, caractérisant une possible relaxation des contraintes, sont déterminés en fonction de l avancement de la réaction. Les propriétés effectives du matériau composite et les contraintes résiduelles à l échelle des constituants sont calculées à partir d un modèle auto-cohérent. La modélisation thermocinétique, thermomécanique et le calcul des contraintes résiduelles sont réalisés en utilisant les éléments finis en tenant compte du seuil d écoulement de la résine comme critère de formation de contraintes résiduelles. Une démarche expérimentale basée sur l enlèvement de plis permet via la mesure des moments et des courbures résultantes de remonter aux contraintes résiduelles. Les contraintes déterminées ainsi suivant l épaisseur sont comparées à celles obtenues par un calcul thermoélastique et une approche variationnelle.NANTES-BU Sciences (441092104) / SudocNANTES-Ecole Centrale (441092306) / SudocSudocFranceF