Thèse de doctorat : Mécanique : Metz : 2006. / Thèse soutenue sur ensemble de travaux. Bibliogr. p.107-111. liste des tabl. Liste de fig.

Th. doct.--Paris 7, 2002. / Bibliogr. p. 147-152. Résumé en français et en anglais. L'ouvrage porte par erreur : ISSN 0078-3780.

Thesis (Ph. D.)--University of Hong Kong, 1988.

Thesis (M.S.) in Mechanical Engineering--University of Maine, 2004. / Includes vita. Includes bibliographical references (leaves 124-125).

Thesis (Ph. D.)--University of Alabama at Birmingham, 2009. / Title from PDF title page (viewed Feb. 8, 2010). Additional advisors: Uday Vaidya, Talat Salama, Wilbur Hitchcock, Ashraf Z. Al-Hamdan. Includes bibliographical references (p. 144-155).

Dissertation (Ph.D.)--Auburn University, 2007. / Abstract. Vita. Includes bibliographic references.

Le produit de finition appliqué sur la surface du mobilier des avions d’affaires tend à se détériorer avec le temps. Un défaut d’apparence appelé pelure d’orange d’aspect ondulé apparaît sur la surface décorative vernie du mobilier. À cet égard, le comportement des composants des panneaux sandwichs décoratifs face aux changements du milieu ambiant mérite d’être étudié. Ainsi, afin de comprendre la formation de ce défaut, les effets d’un traitement ignifuge, de l’orientation du fil et de la structure anatomique sur les changements tridimensionnels de la surface des panneaux sandwich, ont été étudiés. Dans un premier volet, les effets de ces variables furent étudiés sur des panneaux fabriqués avec des placages décoratifs de bubinga et la loupe de noyer. Deux groupes d’échantillons, un non vernis et un vernis, furent évalués pour ces deux espèces. Les deux groupes ont subi une adsorption (25°C et 90% HR), et une désorption (25°C et 40% HR). Les changements dimensionnels dans le plan des placages ont été étudiés par le gonflement et le retrait tandis que les changements dimensionnels hors du plan ont été évalués par la variation de la rugosité et de l’ondulation. Pour les panneaux de bubinga, les résultats ont montré que le traitement ignifuge a augmenté l’hygroscopicité et par conséquent les changements tridimensionnels des panneaux non vernis. L’orientation élevée du fil du placage externe a augmenté les changements hors du plan de ces panneaux. Chez les panneaux vernis, le traitement ignifuge a aussi augmenté la teneur en humidité provoquant seulement des changements dimensionnels significatifs dans le plan des panneaux. Cependant, les effets du traitement ignifuge et de l’orientation du fil du bois sur les changements tridimensionnels ne furent pas détectés après le vernissage. D’autre part, pour les panneaux de la loupe de noyer, le traitement ignifuge a augmenté significativement l’hygroscopicité et les changements tridimensionnels des panneaux non vernis et vernis. Ce traitement a aussi provoqué une différenciation marquée des surfaces dominées par des fibres par rapport aux surfaces dominées par le parenchyme dans les panneaux non vernis. L’effet de la structure de bois de loupe sur la topographie de surface ne fut pas perceptible une fois que les panneaux ont été vernis. Dans un deuxième volet, l’effet d’un traitement ignifuge et de la structure du bois de loupe de noyer sur la déformation des panneaux sandwich soumis à une adsorption (25°C et 90% HR) fut étudié par la méthode de corrélation d’images numériques à trois dimensions (CIN-3D). Des panneaux non vernis et vernis fabriqués avec la couche décorative de la loupe de noyer furent étudiés. Des zones de fil irrégulier (figures tourbillonnantes) et de traces de bourgeons (figures des yeux) ont été identifiées sur la surface externe décorative. Le gain en teneur en humidité a été mesuré après l’adsorption. Les changements dimensionnels dans le plan des panneaux et le déplacement hors du plan du panneau ont été mesurés pour chaque type de figure. L’application de cette méthode a confirmé que le traitement ignifuge augmente la déformation dans le plan et le déplacement hors du plan de la surface des panneaux non vernis et vernis suite à une adsorption. Il a aussi révélé que ce traitement provoque une différenciation significative des zones dominées par les fibres par rapport aux surfaces dominées par le parenchyme dans les panneaux vernis. Sur la base des résultats obtenus, la pelure d’orange apparaît suite à des modifications physiques dans la surface du bois due aux variations de la teneur en humidité. La méthode de CIN-3D s’est révélée plus adéquate pour la mesure de ce défaut. / The finishing product applied to the surface of aircraft furniture tends to deteriorate with time. A defect called orange peel, with a wavy appearance, appears on the decorative surface of the finished furniture. In this regard, the behavior of the components of sandwich panels to the environmental changes deserves to be studied. Thus, in order to understand the defect formation, the effects of a fire-retardant treatment, grain orientation and wood structure on the three-dimensional changes of the surface of sandwich panels were studied. In the first part of this project, the effects of this variables were studied on sandwich panels made with decorative veneers of bubinga and the walnut burl. Two groups of samples, an unvarnished and varnish, were evaluated for these two species. Both groups underwent an adsorption (25 °C and 90% RH) and a desorption (25 °C and 40% RH) treatments. In-plane dimensional changes were studied by the swelling and shrinkage while out-of-plane dimensional changes were evaluated by the roughness and waviness. In bubinga panels, the results showed that the fire-retardant treatment increased the hygroscopicity and consequently the three-dimensional changes of unvarnished panels. The higher wood grain orientation of the outer veneer increased the out-of-plane dimensional changes of these panels. In varnished panels, the fire-retardant treatment also increased the moisture content provoking only significant in-plane dimensional changes of the panels. However, the effects of fire-retardant treatment and wood grain direction on the three-dimensional changes were not noticeable once the panels were varnished. On the other hand, in walnut burl panels, the fire-retardant treatment increased significantly the hygroscopicity and the three-dimensional change of unvarnished and varnished panels. This treatment also provoked a marked differentiation of fiber-dominated surfaces from parenchyma-dominated surfaces in unvarnished panels. The effect of burl wood structure on out-of-plane changes of varnished panels was not detected. In a second part of the study, the effect of a fire-retardant treatment and wood burl structure on the deformation of sandwich panels exposed to an adsorption was studied by the three-dimensional digital image correlation method (3D-DIC). Unvarnished and varnished panels made with walnut burl decorative veneer was studied. Swirl grain and bud trace areas were identified on the burl pattern of the veneer surface. Changes in moisture content were measured after adsorption treatment. The in-plane and out-of-plane dimensional changes of the panels were measured for each type of figure after the adsorption treatment. The application of this method has confirmed that the fire-retardant treatment increases the in-plane deformation and the out-of-plane displacements of the unvarnished and varnished panels after adsorption. The method also revealed that this treatment causes a significant differentiation of the fiber-dominated surfaces from the parenchyma-dominated surfaces in varnished panels. Based on the results, the orange peel defect appears as a result of physical changes in wood surface due to variations in moisture content. The DIC-3D method was more appropriate to measure this defect.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2015-2016 / Le but de ce travail est de produire et de caractériser des structures sandwich à trois couches asymétriques avec ou sans cœur moussé. Pour ce faire, le travail est divisé en deux sections. Dans la première partie, l'effet de la variation des quantités d'agent de couplage et de fibres sont étudiés. La microscopie et la caractérisation mécanique sont utilisées pour évaluer l'effet du polyéthylène greffé d’anhydride maléique (MAPE) sur l'amélioration de la compatibilité entre les fibres de chanvre et le polyéthylène de haute densité (HDPE). Les résultats montrent que les propriétés mécaniques optimales (tension, flexion, torsion et impact) sont obtenues à 9% en poids de MAPE. Dans la deuxième partie, des structures sandwich asymétriques à trois couches, avec ou sans cœur moussé, sont produites par extrusion suivi par un moulage en compression. Les effets de paramètres tels que la densité du cœur, la concentration en chanvre dans les peaux, les épaisseurs des couches et la séquence d'empilage sur leurs comportements en flexion et en impact sont étudiés. Les effets combinés de tous les paramètres mènent à contrôler les propriétés mécaniques (traction, torsion, flexion et impact) des structures sandwich asymétriques. / The aim of this work is to produce and characterize asymmetric three-layer sandwich structures with and without foam core. In order to do so, the work is divided in two sections. In the first part, the effect of coupling agent and fiber content is investigated. Micrographs and mechanical characterizations are used to show that the addition of maleic anhydride polyethylene (MAPE) improved the compatibility between hemp and high density polyethylene (HDPE). It is found that the optimum mechanical properties (tension, flexion, torsion and impact) are obtained with 9% wt. of MAPE in the composite. In the second part, asymmetric three-layer sandwich structures with and without foam core were produced using extrusion followed by compression molding. The effect of different parameters such as core density, skin hemp content, layer thickness, and stacking sequence on their flexural and impact behaviors are studied. The combined effect of all the parameters was found to control the mechanical properties (tension, torsion, flexion and impact) of asymmetric sandwich structures.

La thèse porte sur l’effet des températures froides extrêmes sur le comportement à l’impact à basse vitesse de panneaux sandwiches en matériaux composites avec une âme de type nid d’abeilles de Nomex pressentis pour la fabrication de robots d’exploration lunaire. Le projet est scindé en deux grands volets : un volet expérimental et un volet numérique. Le volet expérimental inclut la caractérisation du comportement mécanique des constituants du panneau sandwich à températures froides, l’étude du comportement à l’impact du panneau sandwich à basse température et l’étude de l’effet de la température d’impact sur le comportement mécanique après impact des panneaux endommagés. Le panneau sandwich étudié est fait de peaux de plis tissés en carbone-époxyde [(±45)(0/90)(0/90)(±45)] et d’une âme en nid d’abeilles de Nomex. Les températures d’essais retenues pour la campagne expérimentale sont la température pièce, -70°C et -150°C. L’étude du comportement mécanique des constituants du panneau sandwich à basse température montre que la résistance en traction du matériau composite formant les peaux du panneau sandwich diminue à basse température, alors que sa résistance en compression augmente. À basse température, le comportement en cisaillement est caractérisé par une augmentation de la rigidité et de la résistance à la rupture, alors que la déformation à la rupture diminue. L’effet de la température sur le comportement du nid d’abeilles de Nomex se traduit principalement par une augmentation de la rigidité et de la résistance équivalente en compression hors-plan à basse température. L’étude du comportement à l’impact du panneau sandwich montre une augmentation de l’endommagement pour les échantillons impactés à basse température pour la plupart des conditions d’impact évaluées. L’étude combinée de l’endommagement induit et de l’énergie absorbée à l’impact indique que le développement de l’endommagement requiert moins d’apport d’énergie à basse température. Finalement, les résultats montrent que la taille de l’impacteur utilisé influence l’effet de la température sur le comportement à l’impact. Des essais de compression dans le plan sur les panneaux endommagés permettent d’évaluer l’effet de la température d’impact sur le comportement après impact. Pour les conditions d’impact étudiées, bien que la température affecte l’endommagement induit, la résistance en compression après impact est peu influencée par la température d’impact. En effet, on observe une faible diminution de la résistance résiduelle en compression avec la température d’impact qui diminue pour certaines conditions d’impact, alors que pour d’autres, aucun effet n’est observé. De plus, l’effet de la température d’impact est négligeable en comparaison avec la diminution initiale de la résistance en compression observée entre les échantillons intacts et les échantillons les moins endommagés de cette étude. Pour le deuxième volet de la thèse, un modèle numérique par la méthode des éléments finis est développé pour reproduire le comportement à l’impact du panneau sandwich à différentes températures. Le modèle de comportement pour le matériau composite inclut l’utilisation de trois variables d’endommagement et d’un modèle de plasticité en cisaillement. La rupture dans le plan est prédite avec le critère de la déformation maximale. Une fois la rupture détectée, l’évolution des variables d’endommagement est définie afin d’obtenir un adoucissement linéaire du comportement. Les propriétés du modèle de comportement pour le matériau composite proviennent en majeure partie d’essais de caractérisation et de la littérature. Pour la modélisation du nid d’abeilles de Nomex, la structure cellulaire du nid d’abeilles est modélisée. Chaque cellule prend la forme d’un hexagone parfait. Le comportement mécanique des parois est isotrope élastique avec écrouissage parfaitement plastique. Les propriétés de la loi de comportement sont obtenues avec des essais de compression hors-plan effectués à chaque température étudiée. Le modèle d’impact est appliqué à la simulation de différentes conditions d’impact à température pièce, -70°C et -150°C. Les résultats sont validés avec les essais expérimentaux. Le modèle développé permet de reproduire de façon globale le comportement du panneau sandwich impacté et les effets des températures froides sont généralement bien prédits par le modèle. / The thesis project is focused on the effect of extreme cold temperatures on the low-velocity impact behavior of woven carbon/epoxy composite sandwich panels with Nomex honeycomb core for lunar exploration rovers. The project is divided into an experimental campaign and a numerical investigation. The experimental campaign developed includes the study of the effect of extreme cold temperatures on the mechanical behavior of the constituents of the sandwich panel individually, the study of the low velocity impact behavior of the sandwich panel under extreme cold temperatures and the investigation of the effect of impact temperature on the compression after impact behavior of the damaged panels. The sandwich panel studied is made of plain-weave carbon/epoxy composite skins[(±45)(0/90)(0/90)(±45)] with a Nomex honeycomb core. For the experimental campaign, tests are performed at room temperature, -70°C, and -150°C. The study of the effect of temperature on the mechanical behavior of the composite material used for the skins of the sandwich panel shows that the tensile strength decreases at low temperatures, while the compressive strength increases. The in-plane shear behavior is characterized by an increase in the in-plane shear modulus and the in-plane shear strength at low temperatures, while the maximum in-plane shear strain diminishes. At cold temperatures, the out-of-plane compressive behavior of the Nomex honeycomb core is characterized by an increase of rigidity and maximum compressive strength. Impact of the sandwich panels at cold temperatures leads to an increase of damage for most impact conditions tested. The conjoint study of the absorbed energy and the damage induced by impact loadings shows that it requires less energy to produce damages at cold temperatures. Finally, the results of the impact tests show that the size of the impactor has an influence on the effect of temperature on the impact behavior of the sandwich panel. Compression after impact (CAI) tests show that the effect of impact temperature on the residual compressive strength is almost negligible, although impact temperature has an effect on the damage induced. For some impact conditions, a slight decrease of the residual compressive strength was measured for specimens impacted at low temperatures, while for the other impact conditions, impact temperature has simply no effect on the residual compressive strength. The effect of impact temperature on the residual compressive strength is negligible with regard to the reduction of the residual compressive strength between the undamaged panels and the panels with the least amount of damage in this study. The second part of the project is focused on the development of a numerical model using the finite element method for the simulation of impact loadings at room temperature, -70°C, and -150°C. The model for the composite material includes the use of three damage variables combined with a plasticity model. The in-plane failure is predicted with the maximum strain criteria. The post failure evolution of the damage variables is defined to have a linear softening. For the Nomex honeycomb core model, the cellular geometry of the Nomex core is modelled with each cell represented as a perfect hexagon. The material behavior of the cell wall is isotropic elastic perfectly plastic. The majority of the properties required for the composite and Nomex honeycomb core models comes from experimental investigations or the literature for all three temperatures. Results of the numerical simulations are validated with experimental data. It shows that the model can predict the overall behavior of the sandwich panel under impact loading. The effects of temperature on the impact behavior of the sandwich panel are overall well captured by the model.

L’objet de ce travail est de produire et de caractériser des composites structuraux à base de polypropylène et de mousse. La première partie est consacrée au renforcement du polypropylène avec des fibres de chanvre en étudiant l’effet de la concentration de la fibre, de la taille des fibres et de la concentration en agent de couplage sur les propriétés mécaniques. Une étude morphologique par photomicrographies a permis d’expliquer les résultats mécaniques en tension et flexion. On montre que 2% d’agent couplant est suffisant pour optimiser les modules. Dans la deuxième partie, des mousses de polypropylène sont produites par compression avec différentes concentrations d'agent gonflant afin de déterminer l’effet de la réduction de densité et du profil de densité sur les propriétés en tension et flexion. Une caractérisation complète de la morphologie des mousses en termes de taille de cellules, de densité de cellules et d’épaisseur de la peau est faite. L'utilisation du profil de densité est nécessaire afin d’obtenir une bonne prédiction des propriétés mécaniques. Finalement, des structures sandwich avec différents pourcentages de peau et de densité de cœur sont produites. Une analyse morphologique du cœur est rapportée avec les propriétés mécaniques en tension et flexion. On montre qu’une très bonne prédiction peut être faite en utilisant simplement la loi des mélanges et le modèle quadratique avec le profil de densité pour l’effet de la peau et du cœur, respectivement. / The aim of this work is to produce and characterize polypropylene structural composite foams. To do so, the work is divided in three parts. The first part is devoted to study the reinforcement of polypropylene with hemp fibres by changing the fibre content, fibre size and coupling agent concentration. Micrographs are used to explain the results of the mechanical properties measured under tensile and flexural stress. It is found that 2% of coupling agent gives the optimum modulus values. In the second part, polypropylene foams are produced by compression moulding with different concentrations of blowing agent to determine the effect of density reduction and density profile on the tensile and flexural properties. The morphological characteristics (cell size, cell density and skin thickness) of the foams are also examined. It is found that the use of the complete density profile is necessary to predict with high precision the mechanical results. Finally, sandwich structures are produced with different skin ratio and core densities. A complete morphological analysis is reported with mechanical properties (tensile and flexural). It is shown that the simple law of mixture and the square power-law combined with the density profile are enough to predict the effect of the skins and core, respectively.