Multi-scale description of the mechanical behaviour of a composite cellular material under severe loadings. Application to cork agglomerates for aeronautical purposes
Description multi-échelles du comportement mécanique d’un matériau cellulaire composite sous sollicitations sévères. -Application aux agglomérés de liège pour l’aéronautique -
Résumé
In order to lightening structures, the improvement and reinforcement of materials are becoming a
growing concern in the aeronautics and aerospace industries. The suitability of certain materials to sweep across a
wide spectrum of physical properties would make it possible to bring substantial mass savings to many existing
applications. Agglomerated cork is one of these versatile materials thanks to its chemical composition and natural
cellular structure. It is thus today considered for shock absorption applications and the addition of fibre
reinforcements could be a way of improving its performance.
The study of the absorption capacity of this material according to temperature and strain rate allows us to
refine our understanding of the mechanical behaviour of multi-scale polymeric cellular materials under severe
loading. The characterisation of the structure at different scales has highlighted the highly heterogeneous character
of cork agglomerates as well as a strongly oriented mesoscopic structure. Mechanical tests in quasi-static regime
carried out at different scales of observation showed the predominant role of this mesostructure on the mechanisms
of deformation, damage and rupture, in compression as well as in tension at breakage.
In order to study the coupled influence of strain rate and temperature, the visco-elastic behaviour of the materials
making up the agglomerates was investigated using double sweep vibration tests in time and temperature (DMA
tests). A set-up specifically designed for this work made it possible to carry out compression tests in dynamic
regime (70 to 250 s -1 ) at different temperatures (from 20 to 73°C) in order to try to decorrelate material and
structure effects in the dependence of polymeric cellular materials on the strain rate.
Dans une optique d’allègement des structures, l’amélioration et le renforcement des matériaux deviennent
des préoccupations grandissantes dans l’aéronautique et l’aérospatial. L’adéquation de certains matériaux à balayer
un large spectre de propriétés physiques permettrait d’apporter des gains de masse substantiels sur de nombreuses
applications existantes. Le liège aggloméré est un de ces matériaux polyvalents grâce à sa composition chimique et
sa structure cellulaire naturelle. Il est ainsi aujourd’hui considéré pour des applications d’absorption de choc et
l’ajout de renforts fibrés pourrait être une piste d’amélioration de ses performances.
L'étude de la capacité d'absorption de ce matériau selon la température et la vitesse de déformation permet
d'affiner la compréhension du comportement mécanique de matériaux cellulaires polymériques multi-échelles lors de
sollicitations sévères. La caractérisation de la structure à différentes échelles a mis en évidence le caractère fortement
hétérogène des agglomérés de liège ainsi qu'une structure mésoscopique fortement orientée. Des essais mécaniques en
régime quasi-statique réalisés à différentes échelles d'observation ont montré le rôle prépondérant de cette
mésostructure sur les mécanismes de déformation, d'endommagement et de rupture, en compression comme en
traction à rupture.
Pour étudier l’influence couplée de la vitesse de sollicitation et de la température, le comportement visco-élastique
des matériaux constitutifs des aggloméré a été étudié grâce à des essais vibratoires à double balayage en temps et en
température (essais DMA). Un montage spécifiquement conçu pour ces travaux a permis de réaliser des essais de
compression en régime dynamique (70 à 250 s -1 ) à différentes températures (de 20 à 73°C) afin de tenter de
décorréler effet matériau et effet structure dans la dépendance des matériaux cellulaires polymériques à la vitesse de
déformation.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)