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Intégration des alliages à mémoire de forme dans un composite

Gauthier, François-Simon (2006). Intégration des alliages à mémoire de forme dans un composite. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La fissuration et le délaminage sont parmi les problèmes les plus fréquemment observés lorsqu'il est question d'endommagement des composites. Pour augmenter la sécurité, un système de détection de défauts est inséré à l'intérieur du composite, avec la possibilité de ralentir ou arrêter la propagation des défauts.

Les Alliages à Mémoire de Forme (AMF) assurent le rôle de capteur et d'actionneur. Ils ont un facteur de jauge au dessus de 5 sur une plage de déformation d'environ 4 %.

Des tests de traction jumelés à l'émission acoustique permettent de bien caractériser les prototypes. Les résultats démontrent que les matériaux utilisés et la conception ne sont pas encore optimaux pour l'activation mécanique.

Un modèle éléments finis représentant la présente conception est fabriqué. La technique numérique d'accumulation des éléments brisés rejoint la méthode d'écoute par émission acoustique pour la détermination de la contrainte et la déformation de détérioration.

Titre traduit

Integration of shape memory alloy in a composite

Résumé traduit

The aeronautical domain is often associated with words like performance, precision, reliability, lightness and quality. Carbon / epoxy composites are being used more and more in modern airplanes. Nevertheless, problems are still related to the usage of these composites like the lack of knowledge in predicting its lifetime. Even if they offer very good mechanical performances, considering their low densities, they are fragile and very sensitive to defects. Flaws, delaminations and broken fibers are frequent problems that can be observed when it is a question of damages. Since they are difficult and very costly to detect, the idea of using an embedded system in the composite able to detect such defects sounds very interesting. Moreover, with the possibility of slowing down or even stopping the crack propagation, this smart structure offers performance, raises security and reduces maintenance costs.

The health monitoring combined with a healing system is assured by embedding Shape Memory Alloys (SMA) into the composite. ln the martensite state, NiTi wires have a gauge factor above 5 on an average of 4 % strain range. These amazing performances are not obtained with standard materials used for manufacturing strain gauges.

Introduction of new materials is done necessarily with new manufacturing procedures. For example, the concept of using a bagging vacuum with a room curing resin in order to prevent damages and avoid activating SMA. The use of a special jig is also needed to keep the wires in the right alignments. With only 2,75 % volume of SMA, the activation by Joule effect, which causes a compression stress inside the composite, is not enough to see changes in the material's performance. The major problem comes from the resin rubber behaviour when the temperature is raised. These reports are done on the tensile test with acoustic emission system. Also, embedding big diameter wires, compare to carbon fibbers, reduces about ten percent the stress and strain deterioration limit. The design and materials are therefore not optimum for the mechanical activation.

Finite element analyses that simulate the actual design, confirm the experimental hypothesis. The numerical technique of the accumulation of broken elements works like the hearing method of acoustic emission to find both stress and strain deteriorations. The next design considered will use resistant temperature prepreg and better developed SMA wires.

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". Bibliogr.: f. [161]-164. Chap. 1. Recension des écrits -- Chap. 2. Capteur résistifs en alliage Tini à mémoire de forme -- Chap. 3. Actionneurs en alliage Tini à mémoire de forme -- Chap. 4. Composites hybrides -- Chap. 5. Modélisation par éléments finis des composites hybrides -- Chap. 6. Validation et résultats de modélisation par éléments finis.
Mots-clés libres: Aeronautique, Amf, Alliage, Carbone, Composite, Defaut, Detection, Element, Ensachage, Epoxy, Fini, Forme, Memoire, Nitinol, , Propagation, Ralentissement, Resine, Reticulant, Sous, Tini, Vide
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de thèse
Terriault, Patrick
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de thèse
Brailovski, Vladimir
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 10 mars 2011 16:55
Dernière modification: 03 nov. 2016 00:41
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/465

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