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.

Zugl.: Braunschweig, Techn. Univ., Diss., 2009

L'étude porte sur la caractérisation des propriétés mécaniques des matériaux polymères et notamment d'un grade d'une famille de matériaux biodégradables et biosourcés : les PolyHydroxyAlcanoates (PHAs). Afin d'étudier ce matériau, un montage expérimental original a été mis en place pour des essais multiaxiaux sur une géométrie unique d'éprouvettes cylindriques. Celui-ci permet d'effectuer des cycles de sollicitations successives et/ou simultanées de traction-compression-torsion. L'objectif est de pouvoir effectuer des chemins complexes, avec changements de direction et cycles au cours d'un même essai, permettant ainsi d'explorer tout le plan déviatoire de déformation avec prise en compte de l'histoire du chargement. De nombreux essais ont été effectués sur le grade de PHA à différentes températures pour développer une base de données expérimentale servant à l'identification d'un modèle de comportement proposé d'Hyperélasto-Visco-Hystérésis (HVH). La méthodologie d'identification des paramètres matériaux est suffisamment simple pour être étendue à une large variété de polymères. Cette identification met particulièrement en évidence les faiblesses et les qualités du modèle. Pour le PHA étudié, la base expérimentale montre ainsi l'insuffisance de la partie visqueuse du modèle, contrairement aux travaux antérieurs utilisant des essais classiques unidirectionnels. Néanmoins, le modèle HVH fournit des réponses précises pour les composantes hyperélastique et hystérétique non-visqueuse dans la gamme [0-100]°C. Cette loi a pour but d'être utilisée pour vérifier la tenue mécanique en statique et en dynamique de structures dans le domaine de l'emballage alimentaire en PHA. / This study deals with the mechanical properties characterization of polymers. One of the studied polymers is part of a biodegradable and biobased family of materials: the PolyHydroxyAlkanoates (PHAs). In order to study its behavior, an original setup has been designed to perform tests with multiaxial loadings on a unique cylindric specimen. It allows to carry out multiple cycles of loadings mixing tensile, compression and torsion. The goal is to be able to perform complex deformation paths with changes in the deformation direction and cycles in a single test. These possibilities allows to scan the deviatoric subspace of deformations with the consideration of the loading history. Many tests has been carried out on the PHA polymer at different temperatures to develop a database used for the identification of a Hyperelasto-Visco-Hysteresis constitutive model. The methodology identification of the mechanical parameters is simple enough to be extend at a large variety of polymers. This identification points out the model weaknesses and qualities. For the studied PHA, the experimental data shows the viscous contribution insufficiency in the constitutive model, unlike previous studies using uniaxial classical tests. Nevertheless, the HVH model gives precise predictions for hyperelastic and non-viscous hysteresis components in the range of [0-100]°C. The constitutive law has been developed in order to check the strength of structures behavior in static and dynamic in the field of food packaging in PHA.