Le développement des technologies modernes exige que l'on utilise des matériaux présentant des propriétés mécaniques élevées spécifiques à leur emploi mais dont les masses volumiques soient faibles. Les matériaux composites sont des matériaux qui répondent aux exigences précédentes. En raison de leur intérêt, les matériaux composites ont d'abord été utilisés dans nombreux secteurs d'activité (aérospatiale, automobile, construction, etc.). Dans les matériaux composites, une catégorie nous intéresse plus particulièrement de part ses possibilités de conception et de développement : les structures composites qui résultent d'une manière générale de l'assemblage d'un matériau de peau présentant une grande rigidité et d'un matériau d'âme de faible densité. Ces matériaux montrent un rapport performances mécaniques/densité très intéressant comparé à des matériaux plus classiques. Les propriétés finales de ce type de matériau sont directement dépendantes des propriétés constituantes et de la qualité de leur assemblage. Afin d'apporter des solutions aux industriels, de nombreux développements et études au cours de ces dernières années ont eu pour but l'optimisation du rapport performance mécanique/densité. Ce travail de thèse a été entrepris avec le même objectif, mais en ayant une stratégie d'optimisation se focalisant plus particulièrement sur le matériau d'âme. Notre démarche est de repenser dans son intégralité le matériau d'âme et de proposer un nouveau concept d'âme complexe qui repose sur l'empilement de matériaux de natures différentes suivant une séquence bien précise, Les résultats expérimentaux obtenus sont confrontés à une approche théorique basée sur une méthode d'éléments finis / The development of modern technologies requires that one use materials presenting high mechanical properties specific to their employment,but whose densities are low. The composite materials are materials which fulfil the preceding requirements. Because of their interest, the composite materials were initially used in aerospace, automotive, and construction industries. In composites, a class of particular interest ragarding the possibilities of design and development concern the sandwich structures resulting from a general assembly of a skin material with high stiffness and core materials of low density. The final properties of the materials are directly derived to the industry, many developments and studies in recent years have been aimed at optimizing the ratio mechanical performance over density. This thesis was undertaken with the same objective, but by having a strategy of optimization being focused more particulary on core materials. Our process is to reconsider in its entirety core materials and to propose a new concept of core complex which rests on the material stacking of different nature according to a quite precise sequence. The experimental results are correlated with those obtained by a theoretical approach based on a finite element method

Les travaux réalisés portent sur la modélisation du comportement mécanique des structures sandwichs soumises à l'impact. Ils se restreignent au cas particulier des sandwichs à peaux composites tissées et âme en nids d'abeilles Nomex.<br /><br />Une loi de comportement hypoélastique dédiée aux composites tissés est développée en référentiel local objectif à l'échelle méso du pli élémentaire. Elle prend en compte l'orthotropie du pli, les phénomènes irréversibles et la dépendance de la réponse à la vitesse de déformation. Le problème de la localisation des déformations, rencontré classiquement avec les modèles adoucissants et qui conduit à la dépendance de la réponse au maillage, est traité par l'utilisation d'un modèle d'endommagement à effet retard.<br /><br />Pour caractériser expérimentalement la réponse de nids d'abeilles Nomex, des essais de compression classiques et de cisaillement sur éprouvettes quad-blocs sont menés. Une étude numérique détaillée met en évidence les effets de bord, d'interface et de structure qui apparaissent et des voies d'améliorations sont discutées.<br /><br />Le comportement mécanique des nids d'abeilles Nomex est alors modélisé, l'accent étant placé sur la réponse non linéaire complexe observée en compression hors plan. Le modèle proposé permet, par un couplage en endommagement et plasticité, de traduire correctement toute la phase de la réponse.<br /><br />Pour terminer, les modèles développés sont testés sur des simulations d'impacts de plaques sandwichs.

Les structures sandwichs sont largement utilisées dans le domaine de l’aéronautique et de l’espace du fait de leur bon rapport rigidité sur masse. Cependant, leur amortissement doit être amélioré pour le confort des utilisateurs et la durabilité des structures. L’objectif de cette thèse est d’étudier l’amortissement apporté à une structure sandwich par l’utilisation d’un matériau d’âme récemment développé. Ce matériau est fabriqué à base de fibres de carbone enchevêtrées, réticulées avec de la résine époxy. Le matériau enchevêtré-Réticulé est d’abord étudié seul. Les mesures expérimentales montrent un comportement dépendant de l’amplitude et de l’historique de sollicitation, et indépendant de la fréquence. Un modèle d’hystérésis est développé pour décrire les boucles contrainte-Déformation mesurées. L’étude théorique d’une structure à un degré de liberté permet de détailler l’effet des différentes composantes de ces boucles sur la réponse dynamique. Le matériau est ensuite inclus dans une poutre sandwich. Un modèle de vibrations de poutres sandwichs en flexion est proposé pour inclure un comportement non-Linéaire dissipatif du matériau d’âme. Une étude expérimentale est menée sur des poutres sandwichs, montrant un amortissement très supérieur à celui apporté par un matériau d’âme classique comme le nid d’abeille. Les simulations réalisées avec le modèle de poutre sandwich et le modèle d’hystérésis permettent de bien capturer les phénomènes non-Linéaires observés. A la fin de l’étude, une utilisation mixte d’un matériau d’âme en nid d’abeille et d’un matériau d’âme enchevêtré-Réticulé est proposée afin d’obtenir un bon amortissement pour un faible ajout de masse. / Sandwich structures are widely used in aerospace applications for their very good stiffness to weight properties. However, the damping properties of these structures have to be improved for user comfort and structural durability. The aim of this thesis is to study how the use of a recently developped core material can increase damping in sandwich structures. This material is made with entangled carbon fibres cross-Linked with epoxy resin. The entangled-Cross-Linked material is first studied separately. Experimental measurements show that the behavior depends strongly on strain amplitude and excitation history, while it depends weakly on frequency. A hysteresis model is developed to describe measured stress-Strain loops. A single-Degree-Of-Freedom structure containing the material is studied theoretically to show the effect of the different parts of the hysteresis loops on the steadystateand transient responses. The material is then included in a sandwich beam. A model for the bending vibrations of a sandwich beam is developped to include any nonlinear nonconservative behavior of the core material. Sandwich beams are then studied experimentally, showing a much higher damping than for classical core materials such as honeycomb. Simulations made with the sandwich beam model and the hysteresis loop model capture well the observed nonlinear phenomena. At the end of the study, a mixed use of honeycomb and entangled-Cross-Linked core materials is proposed, in order to obtain a high level of damping without adding much weight to the structure.

Ces travaux de thèse proposent utiliser les polymères à mémoire de forme comme moyen de contrôle desvibrations des structures. Outre hystérésis de mémoire qui est classiquement mis en avant, ces matériauxpossèdent des propriétés amortissantes intrinsèques qui sont d'autant plus intéressantes lorsque l’effetmémoire de forme est important. Dans un premier temps une caractérisation des propriétés mécaniques dutBA/PEGDMA, polymère à mémoire de forme de l'étude, est effectuée par analyse dynamique mécanique.Un modèle rhéologique basé sur lʹéquivalence temps-température, le 2S2P1D, est utilisé pour rendre comptedu comportement viscoélastique du polymère. Dans un deuxième temps, une campagne expérimentale estmenée, sur une large bande de fréquences et de températures, grâce à divers moyens expérimentaux(statiques, modaux, nano-indentations, ultrasons, dynamiques hautes fréquences, microscopie acoustique)afin de définir le domaine de validité, fréquentiel et thermique, du modèle rhéologique. Dans un troisièmetemps, le polymère à mémoire de forme est intégré à une structure composite de type sandwich pour mettreen évidence le pouvoir amortissant impressionnant du matériau. Enfin, une méthodologie de contrôle delʹamortissement par la température est proposée. En effet, la dissipation d’énergie dans le sandwich sʹavèrecontrôlable, la température permettant d’ajuster la rigidité et le facteur de perte du tBA/PEGDMA pour unamortissement optimal sur une large bande de fréquences. / This work proposes to use shape memory polymers to control structural vibrations. These materials exhibit amemory hysteresis which is practically associated with intrinsic damping properties which are very highwhen the memory effect is strong. First, a thermomechanical characterization of the shape memory polymerof interest (tBA/PEGDMA) is performed by dynamic mechanical analysis. A rheological model based on timetemperaturesuperposition is used to represent the viscoelastic behavior of the polymer. Secondly, anexperimental campaign is performed over a wide frequency and temperature range, through variousexperimental techniques (static, modal, nanoindentation, ultrasounds, high frequency dynamic analysis,acoustic microscopy) to define the area of validity, in frequency and temperature, of the rheological model.Third, the shape memory polymer is integrated into a composite sandwich structure to highlight the awesomedamping capabilities of the material. Finally, a damping tuning methodology by temperature control isproposed. Indeed, the power dissipation in the sandwich is related to physical properties of the tBA/PEGDMA core which are temperature-controlled to optimize the damping over a given frequency range.