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Le 29 mai 2020

Soutenance de thèse de Ashok RAJPUROHIT

Développement de matériaux composites hybrides avancés à partir de fibres de verre et de carbone

Résumé de la thèse en français

Les composites hybrides offrent un moyen efficace d'améliorer les propriétés mécaniques des matériaux composites. Cette thèse vise à comprendre le comportement mécanique et l'effet synergique offerts par de tels composites hybrides sous plusieurs conditions de chargement. L'accent est mis, non seulement sur la caractérisation mécanique, mais également sur le développement et l'optimisation de nouvelles générations de renforts hybrides, permettant ainsi une hybridation aussi bien au niveau des nappes, qu'au niveau des mèches et des fibres. Dans ce travail, les fibres de carbone et de verre sont choisies comme les deux types de renforts pour les composites hybrides. Les propriétés de ces fibres unitaires sont d'abord caractérisées pour étudier l'impact des procédés textiles. De nouveaux renforts unidirectionnels ont été fabriqués après avoir optimisé les procédés, tels que la technologie UD cousu et l'étalement des fibres. Les composites ont été fabriqués via RTM basse pression en utilisant une résine époxy. Les caractéristiques en raideur et en résistance des composites de référence, des hybrides inter-plis, intra-plis et fibre à fibre ont ensuite été caractérisées dans des conditions de charge quasi-statique en traction, compression et flexion. L'effet d'hybridation (synergique) a été évalué pour ces composites en comparant les propriétés du composite hybride avec un composite de référence en carbone. Afin de comprendre le comportement à rupture de ces composites dans différentes conditions de charge, une étude de fractographie a été réalisée. Les hybrides inter-plis font apparaître une légère augmentation de la déformation à rupture en traction mais présentent une synergie négative pour toutes les autres conditions. Les hybrides intra-plis montrent eux, un effet synergique pour les résistances à la traction et à la compression, sans réduire leur déformation à rupture. Un composite hybride fibre à fibre réalisé par étalement montre une performance mécanique supérieure par rapport à d'autres hybrides. Les résultats présentés révèlent les avantages potentiels de l'hybridation à différents niveaux et dispersions. Les résultats ouvrent une voie pour les futurs travaux sur les composites hybrides et leurs procédés.

Résumé de la thèse en anglais

Hybrid composites offer an effective way of enhancing mechanical properties of composite materials. This thesis aims to understand the mechanical behaviour and synergistic effect offered by such hybrid composites in several loading conditions. The focus not only lies on mechanical characterisation but also on development and optimization of new generation of hybrid reinforcements thus allowing hybridization both at ply levels and at tow and fibre levels. In this work, carbon and glass fibres are chosen as the two types of reinforcements for hybrid composites. Single fibre properties of these fibres were first characterised to study the effect of textile processes. Novel unidirectional reinforcements have been fabricated after optimising the processes such as unidirectional stitching and spreading technology. Composites were manufactured via low pressure RTM process using an epoxy resin. Stiffness and failure characteristics of reference, interply, intraply and intermingled hybrid composites were then characterised in quasi-static tensile, compression and flexural loading conditions. The hybrid (synergistic) effect were evaluated for these composites by comparing the hybrid composite properties with a carbon reference composite. To understand the failure behaviour under different loading conditions, a fractography study was conducted. Interply hybrids slightly increase the failure strain in tension but demonstrate negative synergy in all other properties. On the other hand, intraply hybrids show a synergistic effect in both tensile and compressive strengths, while not reducing the failure strain. A spread tape intermingled hybrid composite demonstrates a superior mechanical performance when compared to other hybrids. The presented results reveal the potential benefits of hybridisation at different levels and dispersions. The results provide a driving force for future work on hybrid composites and their processing.

Titre anglais : Development of advanced carbon/glass fibre based hybrid composites
Date de soutenance : vendredi 29 mai 2020 à 9h00
Adresse de soutenance : Ecole des Mines de Paris 60 boulevard Saint-Michel 75006 Paris - VISIOCONFERENCE
Directeurs de thèse : Lucien LAIARINANDRASANA, Sebastien JOANNES

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