Etude en fatigue de matériaux polyamides renforcés par des fibres de verre courtes pour application automobile : impact d’un milieu acide et du vieillissement thermique

Thèse CIFRE Solvay-Valeo-ISAE-ENSMA

Institut Pprime, CNRS - ENSMA - Université de Poitiers

Personnes à contacter par le candidat

Sylvie Castagnet (sylvie.castagnet@ensma.fr) et Carole Nadot-Martin (carole.nadot@ensma.fr)

DATE DE DÉBUT SOUHAITÉ

01/10/2019

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L’objectif central de la thèse est de comprendre et caractériser expérimentalement l’influence du vieillissement acide ou thermique sur les mécanismes et la durée de vie en fatigue, et d’intégrer cet effet dans une démarche numérique d’estimation du nombre de cycles à rupture.

Après une étude bibliographique, il s’agira donc de réaliser des essais de fatigue uniaxiaux sur des éprouvettes à l’état initial (non vieilli) et après vieillissement thermique ou vieillissement en milieu aqueux acide. Pour caractériser les effets de couplage, des essais combinant vieillissement aqueux et fatigue in-situ seront développés. Ils formeront le cœur innovant de l’étude du point de vue expérimental. Dans chacune des conditions, les essais seront réalisés sur des éprouvettes haltères découpées dans des plaques injectées selon trois orientations différentes par rapport à la direction d’injection afin de mettre en relief l’influence des conditions de vieillissement sur les effets d’anisotropie observés en fatigue. Pour chacune des conditions de vieillissement, plusieurs matières utilisées pour les boîtes d’entrée et de sortie pourront être comparées. Les courbes de Wöhler seront établies et des analyses des faciès de rupture permettront de renseigner les parts respectives d’initiation et de propagation.

Parallèlement, les capacités prédictives d’une démarche de dimensionnement, développée à l’Institut Pprime [1], [2], seront testées dans les différentes conditions précitées. Qualifiée de « Through Process Modelling » (TPM), il s’agit d’une démarche complètement intégrée depuis la simulation du procédé jusqu’à l’estimation de la durée de vie par un critère de fatigue énergétique. Elle s’appuie sur un chainage de logiciels commerciaux Moldflow®-Digimat®-Abaqus®. Son point fort réside dans la prise en compte de l’orientation locale des fibres pour estimer, via un modèle micromécanique, les propriétés mécaniques effectives –et ainsi la grandeur énergétique d’entrée du critère de fatigue– en chaque point matériel du composant/éprouvette étudié. Outre le tenseur d’orientation issu de la simulation d’injection ou pouvant être mesuré dans le cas d’éprouvettes, cette étape de calcul micromécanique suppose de connaître la morphologie des fibres et le comportement mécanique des constituants (fibres de verre et matrice polyamide). La loi de comportement de la matrice, considérée viscoélastique, devra ici être identifiée dans chaque condition de vieillissement de manière inverse à partir du comportement cyclique du composite. Le logiciel Dakota® sera utilisé à cet effet. Du point de vue de la modélisation, un enjeu majeur de la thèse sera d’introduire l’effet du vieillissement aux endroits pertinents de la chaîne de dimensionnement, dans la loi de comportement de la matrice vieillie, et/ou dans la forme du critère de fatigue.

Enfin et afin de se rapprocher au mieux de la vie de l’échangeur, des essais de fatigue en pression pulsée seront réalisés sur démonstrateur CAC afin d’obtenir les nombres de cycles à rupture. Le candidat participera à la réalisation de ces essais sur banc chez l’un des partenaires industriels.