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Effet de l'usinage sur les propriétés mécaniques en tension et contrôle non-destructif des matériaux composites

Généreux, Louis-Alexandre (2012). Effet de l'usinage sur les propriétés mécaniques en tension et contrôle non-destructif des matériaux composites. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Le présent travail a pour principal but d’évaluer l’impact du procédé de détourage par fraisage sur l’intégrité d’un composite laminé de type carbone/époxy à plis unidirectionnels. L’usinage de type fraisage, souvent utilisé pour la finition de structures en composites, cause un certain endommagement sous la forme de cratères, de fissures et de dégradation thermique de la matrice. Ici, deux approches sont utilisées pour qualifier et quantifier l’importance de ces dommages, la première concerne l’utilisation de deux méthodes de contrôle non destructif (inspection par ultrasons et thermographie pulsée) et la deuxième consiste à évaluer les dommages en mesurant leurs influences sur les propriétés mécaniques des pièces usinées. Les deux méthodes de contrôle non destructif sont d’abord évaluées sur des échantillons comportant des défauts artificiels et sont ensuite utilisées sur des échantillons usinés comportant des dommages réels. Les résultats montrent que seule la technique d’inspection par ultrasons a permis la détection et la quantification des dommages d’usinage, mais seulement dans le cas où les dommages se retrouvent en surface de la pièce, près des premiers plis. L’étendue des dommages dépend surtout de l’orientation des fibres du premier pli par rapport à la direction de coupe. Les inspections par ultrasons sont aussi accompagnées d’observations au microscope électronique à balayage. Dans la deuxième approche, des essais de traction quasi-statique sont réalisés sur des échantillons préparés selon trois méthodes différentes, c’est-à-dire par découpe à la scie abrasive au diamant, découpe à la scie suivie d’un ponçage et finalement par fraisage. Les résultats démontrent que les dommages causés par le fraisage ne sont pas suffisamment importants pour influencer la contrainte ultime et le module d’élasticité. Malgré cela, il serait intéressant, pour des travaux futurs, d’étudier cet aspect en fatigue plutôt que par des essais statiques. La présence de ces dommages en bordure pourrait favoriser la propagation de délaminages lors d’un chargement cyclique.

Résumé anglais

The main goal of this work is to evaluate the impact of milling operations on the integrity of unidirectional carbon/epoxy laminate. Milling, often used for finishing composite structures, cause some damage in the form of craters, cracks and thermal damage to the matrix. Here, two approaches are used to qualify and quantify the amount of damage. First, two nondestructive testing methods, namely immersion ultrasonic inspection and pulsed thermography, are evaluated on samples with artificial defects. These techniques are then used on machined samples with realistic machining damages. Only ultrasounds allowed the detection and quantification of the machining damages, but only if the damages are at the surface of the laminate. The depth of damage depends primarily on the fiber orientation of the first ply with respect to the cutting direction. The ultrasonic inspections are also accompanied by scanning electron microscope observations. The second approach is to check whether the presence of the machining damage will affect the mechanical properties of the laminate. To do this, static tensile tests are performed on samples prepared by three different methods, namely, by abrasive diamond saw, by saw cut followed by sanding and finally by milling. The results show that the damages caused by the milling operation are not important enough to affect the ultimate stress and elastic modulus. Despite this, it would be interesting, for future works, to investigate this aspect in fatigue rather than with static tests. The presence of damages on the edge might promote delamination during cyclic loads.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie mécanique". Bibliographie : pages 129-136.
Mots-clés libres: Composites à fibres de carbone Usinage. Fraisage. Résines époxydes. Laminés (Métallurgie)Composites à fibre de carbone Contrôle non destructif. Essais par ultrasons. Contrôle non destructif par thermographie infrarouge. Composites à fibre de carbone Propriétés mécaniques. Essais dynamiques. usinage, essais mécaniques
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Viens, Martin
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Lebrun, Gilbert
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 28 sept. 2015 14:13
Dernière modification: 30 nov. 2015 19:24
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1112

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