Soutenance publique de thèse de doctorat à l'ETSi

Date : mercredi 5 juillet 2023.

Heure : 17h00

Lieu : Salle du professeur Juan Larrañeta, École supérieure technique d'ingénierie de l'Université de Séville.

Le doctorant Serafín Sánchez Carmona soutiendra publiquement sa thèse de doctorat intitulée « Mécanismes d'endommagement et de rupture sous fatigue dans les composites à fibres longues à plis ultra-minces », dirigée par les professeurs Elena Correa Montoto et Alberto Barroso Caro , et encadrée par Federico París Carballo , du Département de mécanique des milieux continus et de théorie des structures de l'École supérieure technique d'ingénierie de l'Université de Séville.

L'étude du comportement en fatigue des matériaux composites présente un grand intérêt scientifique en raison du caractère non statique des charges auxquelles une structure est soumise en service. Ces dernières années, le développement de feuilles ultra-minces, d'une épaisseur de seulement 15 à 20 µm, a pris une importance particulière suite à la découverte d'une explication physique de l'existence de l'« effet d'échelle » dans les matériaux composites.

Ce travail présente une étude détaillée, à la fois expérimentale et numérique, de l'apparition de dommages dans les stratifiés croisés de fibres de carbone longues et de résine époxy sous chargement cyclique de traction-traction, en faisant varier l'épaisseur de la couche à 90° (de 30 à 150 g/m2) afin d'analyser s'il existe un effet d'échelle sur la fatigue.

Les travaux expérimentaux approfondis ont consisté, premièrement, à caractériser les propriétés mécaniques et thermiques des différents préimprégnés utilisés, ainsi qu'à analyser l'effet de différentes conditions de fabrication et d'essai sur la durée de vie en fatigue des stratifiés unidirectionnels à 90° fabriqués avec des matériaux d'épaisseur conventionnelle et ultra-mince ; et, deuxièmement, à une observation microscopique exhaustive de l'apparition des dommages dans les différents stratifiés croisés sous fatigue, en faisant varier l'épaisseur de la couche à 90° d'une épaisseur ultra-mince (30 g/m2) à une épaisseur conventionnelle (supérieure à 120 g/m2).

L'apparition d'un mécanisme de rupture atypique, à savoir le délaminage longitudinal sous charge appliquée, a conduit à une analyse numérique détaillée du phénomène bien connu d'« effet de bord » pour les épaisseurs ultra-minces. Cette analyse met en évidence l'apparition d'un état de chargement biaxial au bord des échantillons, même en présence uniquement de contraintes résiduelles de polymérisation. Les résultats de cette étude numérique ont été corroborés par tomographie 3D.

Tout ceci a permis de corroborer l'existence d'un « effet d'échelle » sur la fatigue après avoir observé un retard dans l'apparition des différents mécanismes de défaillance lorsque des feuilles ultra-minces sont utilisées par rapport à ceux qui se produisent dans les stratifiés composites avec des feuilles d'épaisseur conventionnelle.