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Étude de l'influence des caractéristiques des tissus sur la résistance à l'impact des matériaux composites

Lavallée, Cindy (2010). Étude de l'influence des caractéristiques des tissus sur la résistance à l'impact des matériaux composites. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Ce mémoire présente une étude de l’effet des propriétés des tissus de renfort sur la résistance à l’impact des matériaux composites. Les laminés sont fabriqués par infusion avec une résine de vinylester. Les tests d’impact sont effectués avec une énergie de 23 J selon la méthode du poids tombant décrite dans la norme ASTM D3763-02. L’influence des caractéristiques techniques suivantes des tissus et des laminés est étudiée : l’épaisseur des laminés; la qualité de fabrication des laminés; l’armure des tissus; la masse surfacique des tissus; la nature des tissus et l’usage des tissus hybrides. Les méthodes de caractérisation des résultats d’impact sont l’analyse visuelle des dommages et le calcul de l’absorption d’énergie en fonction de l’énergie d’impact [Ea/EI].

Les résultats démontrent que la qualité de fabrication des laminés est l’aspect qui a le plus d’influence sur la résistance à l’impact suivi par la nature des tissus. L’armure semble avoir peu d’effet à part pour la structure tridimensionnelle. La masse surfacique des fibres a une influence non significative. Voici l’ordre de performance des tissus de laminés comparés avec des poids égaux: (1) verre E / polypropylène haute densité balancé; (2) carbone / polypropylène haute densité non-balancé; (3) verre S2; (4) basalte; (5) verre E/polyester; (6) verre E; (7) verre E / aramide balancé; (8) carbone / polypropylène haute densité balancé; (9) carbone; (10) carbone / aramide balancé; (11) verre R haute résistance; (12) Aramide.

En complément du présent projet, une étude de produits spéciaux a été réalisée avec des résines d’époxy et d’époxy chargé de nanotubes de carbone ainsi qu’avec un tissu à résine intégré (filmants de polypropylène), le twintex.

Les résultats de ce mémoire permettent de faire une meilleure sélection des renforts pour la fabrication de composites soumis à des impacts à faible vitesse en fonction de leur résistance à l’impact. De plus, ses résultats permettront de concevoir des renforts qui auront des caractéristiques optimisées pour la résistance à l’impact. Finalement, cette étude a mis en évidence que la fibre d’aramide, contrairement à la croyance générale, n’est pas la meilleure solution pour la résistance à l’impact.

Titre traduit

Study of the influence of fabrics characteristics on impact resistance of composites materials

Résumé anglais

This master’s thesis presents a study of the effect of reinforcement fabric characteristics on the impact resistance of composite materials. Samples were produced with vinylester resin in an infusion process. The dropping tower method as described in the ASTM D3763-02 standard was used to impact specimens. The following technical characteristics of fabrics and laminates are studied: laminate thickness; laminate fabrication quality; fabric weaving; fabric surface density; fabric nature and hybrid fabrics. The impact resistance characterisation methods are the visual inspection of damage and the determination of the absorbed energy over impact energy [Ea/EI].

Results showed that the laminate fabrication quality has the largest effect on the impact resistance followed by the fabric’s nature. The fabric weaving seems to only have a little effect except for tridimensional armature. The fabric’s surface density has no significant influence. The performance order in regards to the fabric nature when normalised by laminate weight is: (1) balanced glass / polypropylène haute densité; (2) unbalanced carbon / polypropylène haute densité; (3) glass S2; (4) basalt; (5) glass / polyester; (6) glass E; (7) balanced glass / aramid; (8) balanced carbon / polypropylène haute densité; (9) carbon; (10) balanced carbon / aramid; (11) verre R haute résistance; and (12) aramid.

To complete this project, a study with special products was conducted with epoxy resins and epoxy resins charged with carbon nanotubes and also with twintex, an integrated resin fiber (polypropylene filaments).

A better fiber selection for composites fabrication exposed to low speed impacts will be possible using the results of this study. Also, fabrics optimized for impact resistance could be developed. Another major achievement was to show that, contrary to common belief, aramid fibers do not perform so well at impact tests.

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 115-117.
Mots-clés libres: Composites Essais de résilience. Composites Propriétés mécaniques. Laminés (Métallurgie) Résistance
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Vu-Khanh, Toan
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 28 juill. 2014 15:58
Dernière modification: 03 oct. 2014 18:25
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1337

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