[PDF] Présenté par :BENDADA Aya Intitulé Identification des propriétés

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Présenté par :BENDADA Aya

Intitulé

Faculté : Génie mécanique

Département :Génie mécanique

Domaine : Sciences et Technologie

Filière : Génie mécanique

Intitulé de la Formation : Structures mécaniques

Membres de Jury Grade Qualité Domiciliation

YOUCEFI Abdelkader Pr Président USTO-MB Oran

BOUTCHICHA Djilali Pr Encadrant USTO-MB Oran

BOUALEM Noureddine Pr USTO-MB Oran

KEBDANI Said Pr USTO-MB Oran

NOURINE Leila MCA ESGEE Oran

LABBACI Boudjemaa Pr UTM Bechar

Examinateurs

Devant le Jury Composé de :

i

REMERCIEMENT

Cette thèse est le fruit de près de quatre années de recherche passées au Laboratoire de

Mécanique Appliquée (LMA) de l'université des sciences et de la technologie d'Oran, où j'ai

eu la chance de pouvoir travailler et vivre dans une ambiance exceptionnelle entouré par une équipe aussi sympathique que motivée. Pour tout cela, je souhaite tout d'abord remercier mon directeur de thèse le Prof. BOUTCHICHA Djilali, qui, armé d'une force de persuasion sans faille accompagnée d'arguments finement choisis, a réussi à me convaincre d'entamer cette thèse. Il y serait pourtant difficilement parvenu sans avoir à ses côtés le Dr. EROUANE Houaria, sur qui j'ai toujours pu compter au long de ce projet. Je tiens donc à remercier chaleureusement ces deux personnes pour leurs qualités humaines et scientifiques ainsi que pour leur soutien moral et la confiance qu'ils ont toujours su m'accorder.

Mon travail n'aurait pu être que plus sérieux si je n'avais pas partagé pendant ces années mon

bureau avec le Dr. CHUITER Adel. Je tiens aussi à remercier les membres du jury : Pr. YOUCEFI Abdelkader, Pr. KEBDANI Saïd, Pr.BOUALEM Noureddine, Dr. NOURINE Leila et le Pr. LABBACI Boudjemaa, qui ont accepté de faire le déplacement et d'entreprendre la lecture de mon travail pour y apporter une critique fort constructive que j'ai beaucoup appréciée. Finalement, je remercie ma famille et mes amis, avec qui j'ai passé mon temps libre et partagé certains des meilleurs moments de ces quatre dernières années. Parmi ces personnes, mon mari BENSBAA Walid qui mérite tout particulièrement ma reconnaissance pour son soutien, son entrain et sa compréhension. ii

Dédicace

C maman

MWalidThiziriWatine

Mfrèressoeurs

Mbelle famille

voisine Mamis iii

Publications & Communications

En plus du mémoire de thèse, ces travaux ont conduit aux publications et communications suivantes :

1. Bendada A, Boutchicha D, Miri M, Chouiter A, Numerical-Experimental

characterization of honeycomb sandwich panel and numerical modal analysis of implemented delaminaton, Frattura ed Integrita Strutturale, 49, pp.655-665, 2019.

2. Bendada A, Boutchicha D, Miri M, Chouiter A, Characterization of honeycomb

sandwich panel using numerical methods and experimental modal analysis validation, proceedings of the first International Conference on Numerical Modelling in Engineering. NME2018, LMNE, pp. 408-416, Springer Nature Singapore Pte Ltd.2019.

3. Benzidane R, Boussoufi A, Bendada A, Boutchicha D, Zouaoui S, Analyse vibratoire

experimentale des compositesstratifiés endomagés, the international conference on mechanics and aeronautics CIMA 2016, Algeria.

4. Bendada A, Boutchicha D, Mesure et contrôle des vibrations " étude d'un banc

d'essai », 4eme Journée des doctorants ANECA, Oran, Algerie, 2016.

5. Bendada A, Chouiter A, Boutchicha D, Miri M, " Numerical-experimental

characterization of honey comb dandwich panel for determining the modal parameters of the damaged structure», The 4th international conference on fracture mechanics and energy. (FRACT'4), du 26 au 29 november 2018 Chlef, Algerie.

6. Bendada A, Chouiter A, Boutchicha D, " Identification des parameters modaux par des

essais d'analyse modale operationnelle», Congré national sur les énergies et matériaux. (CNEM 2018), du 17 au 18 decembre 2018 Naama, Algerie.

7. Bendada A, Boutchicha D, Benzidane R, " Numerical-experimental characterization of

an epoxy panel reinforced with date palm petiole particleboard», The first international conference on innovation in biomechanics and biomaterials. (ICIBAB 2019), du 10 au

11 avril 2019 Oran, Algerie.

8. Bendada A, Boutchicha D, Khathir Samir, Magagnini E, Capozucca R, Abdel Wahab

M. Mechanical characterization of an epoxy panel reinforced by date palm petiole particle, Steel and Composite Structures, 35, 627-634, 2020.

Résumé

Résumé

Les matériaux composites appartiennent sans doute à l'une des classes de matériaux les

plus étudiés de nos jours. Afin de modéliser le comportement vibratoire des structures

mécaniques réalisées avec ce type de matériaux, il est nécessaire de connaître leurs propriétés

constitutives. Cependant, la variété des composites ainsi que leur mise en oeuvre - spécifique à

chaque application rendent délicate la connaissance précise de ces dernières. Elles sont

usuellement déterminées par comparaison de tests statiques ou de vibrations avec un modèle analytique correspondant.

Récemment, une nouvelle classe d'essais ne compare plus les tests expérimentaux à un modèle

analytique simple mais fait recours à un modèle numérique discret plus complet. Dans ce travail, nous proposons de développer une méthode mixte numérique-expérimentale

qui soit capable d'estimer les propriétés élastiques de deux types de matériaux composite

choisis.

Afin de réaliser cette démarche, nous avons choisi premièrement un matériau viscoélastique

(Verre/Epoxyde) on a effectué une analyse modale expérimentale pour identifier les paramètres modaux (fréquences propres et mode propres) du spécimen, et en utilisant ces paramètres on a pu déterminer le module de Young E et le module de cisaillement G de ce

matériau. Les paramètres mécaniques obtenus vont être utilisé dans l'analyse modale

numérique du modèle d'élément fini de la poutre composite pour la validation des résultats

expérimentaux.

Ensuite, les panneaux sandwich nid d'abeille aluminium- aluminium ont été choisis pour être

caractérisés, l'analyse modale expérimentale a été effectuée pour chaque panneau, les

fréquences et les modes propres sont obtenus et présentés, les résultats de modélisation de

comportement vibratoire des panneaux sandwich et de l'homogénéisation du nida ont été vérifiés avec les résultats expérimentaux.

Mots-clés : Caractérisation, analyse modale expérimental, matériaux composite, fréquences

propres, mode propres, paramètres mécaniques

Abstract

Composite materials undoubtedly belong to one of the most studied materials today because of their high stiffness, good fatigue resistance and low weight. In order to study the vibratory behavior of composite structures, it is necessary to identify their constitutive. In this work, we propose to develop a mixed numerical-experimental method that is able to estimate the elastic properties of two types of composite materials. Firstly, we choose a viscoelastic material beam (Glass/ Epoxyde) where we carried out an experimental modal analysis to identify its modal parameters (eigenfrequencies and eigenmodes), using these parameters we estimated the Young's modulus E and the shear modulus G of this material. The obtained mechanical parameters are used in the numerical modal analysis of the finite element model of the composite beam in order to validate the experimental results. Secondly, new application is proposed for characterizing the honeycomb core which is considered as an orthotropic material. The characterization procedure consists of determining the equivalent elastic proprieties of the core by numerical homogenization method using initial finite element model of Representative Volume Element (RVE) which does not take into account the double thickness walls existing in the core structure. According to these initial values, the finite element model of a honeycomb sandwich composite panel is constructed to extract its elasto-dynamic parameters. In order to validate the numerical achievements, Experimental Modal Analysis of a free-free edge rectangular aluminum honeycomb sandwich plate is proposed and tested. Because of important errors between the computational results and experimental modal frequencies, the double thickness wall is selected to be introduced in the RVE for determining the accurate properties. New comparative investigations are conducted to illustrate that the neglecting of double wall in the characterization of pure core gives a not efficient material constitutive parameters. Keywords: Characterization, experimental modal analysis, composite materials, natural frequencies, modes shapes, mechanical parameters. v

Table des matières

Table des matières v

Liste des figures vii

Liste des tableaux ix

Introduction générale 1

Chapitre I : Les méthodes de caractérisation des matériaux

I.1. Introduction 4

I.2. Essai de traction 5

I.2.1. Objectifs de l'essai 5

I.2.2. Principe de l'essai 6

I.2.4. Exécution de l'essai 7

I.3. Essai de dureté 8

I.3.1. Objectif et principe de dureté 8

I.3.2. Eprouvettes 8

I.3.3. Exécution de l'essai 8

I.3.3.1. Essai Brinell 8

I.3.3.1. Essai Vickers 9

I.3.3.1. Essai Rockwell 10

I.4. Essai de résilience 11

I.4.1. Objectif et principe de l'essai 11

I.4.2. Eprouvette 11

I.4.3. Conduite de l'essai et exploitation des résultats 13

I.5. Essais non destructifs 14

I.5.1. Méthodes dynamiques d'identification de paramètres de matériaux 15 I.5.2. Méthodes de résolution des problèmes de vibrations 15 I.5.2. Méthodes numériques - expérimentales pour l'identification de paramètres 18

I.6. Conclusion 20

Chapitre II : Généralités sur les matériaux composites

II.1. Introduction 22

II.2. Matériaux composites 22

II.2.1. Définition 22

II.2.2. Caractéristiques générales 23

II.2.3. Classification des matériaux composites 25 II.2.3.1. Classification suivant la forme des constituants 25

II.2.3.1.1.Composite à fibre 25

II.2.3.1.2. Composite à particules 26

II.2.3.2. Classification suivant la nature des constituants 26 II.2.4. L'intérêt des matériaux composites 27 II.2.4.1. Caractéristiques mécaniques des matériaux 27 II.2.5. Les avantages et les inconvénients des matériaux composites 28

II.2.5.1. Les avantages 28

II.2.5.2. Les inconvénients 29

II.2.6. Les composantes des matériaux composites 30

II.2.6.1. Les résines 30

II.2.6.1.1. Les divers types de résines 31

II.2.6.1.2. Les résines thermodurcissables 32

II.2.6.1.2.1. Les résines polyesters 32

II.2.6.1.2.2. Les résines de condensation 34

II.2.6.1.2.3. Les résines époxydes 35

vi

II.2.6.1.3. Les résines thermoplastiques 36

II.2.6.1.4. Les résines thermostables 37

II.2.6.1.4.1. Les résines polyimides 37

II.2.6.1.4.2. Les résines polystyryl pyridine 38 II.2.6.2. Les charges et additifs 38

II.2.6.2.1. Les charges 38

II.2.6.2.1.1. Charges renforçantes 38

II.2.6.2.1.1.1. Charges sphériques 38

II.2.6.2.1.1.2. Charges non sphériques 40

II.2.6.2.1.2. Charges non renforçantes 40

II.2.6.2.2. Les additifs 41

II.2.6.2.2.1. Lubrifiants et agent de démoulages 41

II.2.6.2.2.2. Pigments et colorants 41

II.2.6.2.2.3. Agents anti-retrait 41

II.2.6.2.2.4. Agents anti-ultraviolets 42 II.2.6.3. Les fibres et tissus 42

II.2.6.3.1. Formes linéiques 42

II.2.6.3.2. Formes surfaciques 42

II.2.6.3.2.1. Les mats 42

II.2.6.3.2.2. Les tissus et rubans 43

II.2.6.3.3. Structures tissus multidirectionnelles 44

II.2.6.3.3.1. Tresses et préformes 44

II.2.6.3.3.2. Tissus multidirectionnels 44

II.2.7. Architectures des matériaux composites 45

II.2.7.1. Stratifiés 45

II.2.7.2. Composites sandwiches 45

II.2.7.3. Autres architectures 47

II.3. Conclusion 47

Chapitre III : Caractérisation d'un matériau viscoélastique

III.1. Introduction 49

III.2. Travaux de caractérisation par la méthode non-destructive existantes dans lalittératures 50
III.3. La Fonction de Réponse Fréquentielle FRF 50

III.4. Principe de l'étude 53

III.5. Présentation du spécimen 54

III.6. Etude expérimental (ANALYSE MODAL) 56

III.6.1. Le type d'excitation choisi 56

III.6.2. Etablissement des modèles expérimentaux 57

III.6.2.1. Mesure Transversale MT 58

III.6.2.2. Mesure verticale MV 58

III.6.2.3. Mesure longitudinale ML 58

III.6.3. Dispositif expérimental 59

III.6.4. Résultats des tests effectués 60

III.6.5. Détermination du module d'élasticité E 62 III.6.6. Détermination du module de cisaillement G 63

III.7. Analyse numérique 66

III.8. Résultat et discussion 67

III.9. Conclusion 70

vii Chapitre IV : Caractérisation des panneaux sandwich nid d'abeille

VI.1. Introduction 72

VI.2. Homogénéisation et modélisation numérique des structures sandwichs en nid d'abeille d'aluminium 72

VI.2.1. Homogénéisation du nid d'abeille 72

VI.2.2. Géométrie et notations 74

VI.2.3. Modélisations analytiques Gibson et Ashby 76

IV.2.3.1. Propriétés dans le plan (x, y) 76

IV.2.3.2. Propriétés hors du plan 80

IV.2.4. Approches numériques 82

IV.2.4.1. Le volume élémentaire représentatif V.E.R 82 IV.2.4.2. La méthode d'homogénéisation 83 IV.2.4.2.1. Constantes de l'ingénieur Ei et ȣij 85

IV.2.4.2.2. Modules de cisaillements Gij 87

IV.2.4.2.3. Résultats d'homogénéisation 89

IV.3. Analyse modal numérique 90

IV.3.1. Différentes étapes de réalisation 90 IV.3.2. Dimensions, maillage et les conditions aux limites du problème 91

IV.4. Validation expérimentale 92

IV.4.1. Analyse modal expérimental 92

IV.4.2. Description de la plaque sandwich et du dispositif expérimental 94

IV.5. Résultats et discussion 95

IV.5.1. L'identification des paramètres précis 98

IV.6. Conclusion 100

Conclusion générale 102

vii

Liste des Figures

Figure I.1 : Essai de traction terminé 6

Figure I.2 : Eprouvettes de traction, plates et cylindriques. 7 Figure I.3 : schéma d'une éprouvette de traction cylindrique et de son évolution en cours d'essai. 7 Figure I.4 : Principe de l'essai Brinell et empreinte typique de l'essai. 9

Figure I.5 : Principe de l'essai Vickers 10

Figure I.6 : Principe d'un essai de dureté Rockwell. 11 Figure I.7 : Eprouvette Charpy normalisée (A gauche : entaille en V. A droite : en U) 12 Figure I.8 : Principe de l'essai (ne haut) et du montage de l'éprouvette (en bas) 13 Figure I.9 : Disposition avant et après l'essai Charpy. 14 Figure I.10 : Calcul de l'amortissement par la méthode de la bande passante à -3dB 16 Figure I.11 : Dispositif expérimental d'un essai au marteau de choc (a), et dispositif expérimental d'un essai au pot-vibrant(b). 19 Figure II.1 : Constituants des matériaux composites. 24 Figure II.2 : Orientation des fibres à 90°. Essai de traction-compression. 25

Figure II.3 : Types de renforts. 25

Figure II.4 : Types de matrice. 30

Figure II.5 : Types de renfort. 42

Figure II.6 : Chaîne et trame d'un tissu. 43

Figure II.7 : Les principaux types d'armures utilisés pour le tissage des tissus (Documentation Vetrotex).quotesdbs_dbs47.pdfusesText_47

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