Conception et Caractérisation des BiosandwichsAuxetiques à Hautes Performances avec Coefficient de Poisson Négatif : Approche Numérique et Expérimentale

Abstract

L’objectif de cette thèse est la caractérisation du comportement mécanique et de l’endommagement d’un biocompositeconstitué de fibres naturelles/époxy. Les fibres végétales constituent en effet un choix écologique intéressantpar rapport aux fibres synthétiques qui sont les plus utilisées pour les pièces composites de grande diffusionprincipalement les fibres de verre. La géométrie (épaisseur paroi et angle d’inclinaison), types de fibres (lin, jute et sisal) et la variation de la structure (nid d’abeille,nid d’abeille re-entrant et silicomb) sont examinés. La caractérisation mécanique est menéeavectrois types de chargementcorrespondant aux différentes type de fibres. Les moules ont été produits en utilisant la technique d'impression 3D avec de l'acide polylactique (PLA). L’étude de la caractérisation des composites est réalisée en combinant les techniques suivantes : L’évolution des paramètres mécaniques via des essais de traction et decompressionmais aussi des essais deflexion, la microscopie (MEB). De plus, des expériences basées sur la conception de Taguchi (L9) ont été menées pour déterminer l'effet de chaque facteur sur la contrainte de compression ultime, la déformation et l’énergie d'absorption. Afin d’étudier l’endommagement de la structure re-entrant, une étude numérique en mode de traction a été introduite basée sur la modélisation par éléments finis en utilisant le logiciel ANSYS version 15.0.Dans le cadre de cette étude, il a été constaté que l'épaisseur a un effet significatif sur les contraintes de compression et le comportement à la rupture. Tous ces résultats ontfinalement permis de comprendre le comportement de chaque structure vis-à-vis les chargements appliqués et également le type de renfort adéquat pour l’optimisation des propriétés mécanique.

The objective of this thesis is the characterization of the mechanical behaviour and damage of a biocomposites made of natural fibres/epoxy. Plant fibres are an interesting ecological choice compared to synthetic fibres, which are most used for mass-produced composite parts, mainly glass fibres.. The geometry (wall thickness and angle of inclination), types of fibres (flax, jute and sisal) and variation of the structure (honeycomb,honeycombre-entrant and silicomb) are examined. The mechanical characterization is carried out with three types of loading corresponding to the different kindof fibres. The moulds were produced using the 3D printing technique with polylactic acid (PLA). The study of the characterization of composites is carried out by combining the following techniques: The evolution of mechanical parameters through tensile and compression tests but also flexion tests, microscopy (SEM). In addition, experiments based on the Taguchi (L9) design were conducted to determine the effect of each factor on ultimate compression stress, deformation and absorption energy. In order to study the damage to the re-entrant structure, a numerical tensile mode study was introduced based on finite element modelling using ANSYS version 15.0 software.In this study, thickness was found to have a significant effect on compressive stresses and fracture behaviour. All these results have finally made it possible to understand the behaviour of each structure vs the loads applied and the type of reinforcement suitable for the optimization of the mechanical properties.

الهدف من هذه الأطروحة هو دراسة السلوك الميكانيكي وضرر الموادالمركبةالبيوكومبوزيتالمصنوعةمن الألياف الطبيعية والايبوكسي. تعتبر الألياف النباتية في الواقع خيارًا بيئيًا مثيرًا للاهتمام مقارنةً بالألياف الاصطناعية الأكثر استخدامًاللموادالمركبة للاستعمال الشامل، وخاصة الألياف الزجاجية. يتم فحص المعايير الهندسية (سمك جدارالهيكل وزاوية الميل)، وأنواع الأليافالطبيعية (الكتان والجوت والسيصال) والتباين في الهيكل (خلية النحل، خلية النحل ذات أضلع داخلية، والسيليكون). يتم إجراء الدراسة الميكانيكية بثلاثة أنواع من التحميل تتوافق مع انواعالألياف المختلفة. تم إنتاج القوالب باستخدام تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد باستعمالمادةحمض االبوليلاكتيك. (PLA) يتم إجراء دراسة المركبات من خلال الجمع بين التقنيات التالية: تطور الخصائص الميكانيكية عبر اختبارات الشد والضغط وكذلك اختبارات الانحناء والفحص المجهري. (MEB) بالإضافة إلى ذلك ، تم إجراء تجارب تعتمد على تصميم تا جوشي (L9) لتحديد تأثير كل عامل علىإجهاد الضغط النهائي ، التغير المورفولوجي ، وطاقة الامتصاص.منأجلدراسةالأضرارالتيلحقتبهيكلخلية النحل ذات أضلع داخلية ،تمتقديمدراسةعدديةباستخدامبرنامجANSYSالإصدار 15.0. كجزء من هذه الدراسة، وجد أن للسمك تأثير مباشر على الضغوط الضاغطة وسلوك الكسر. أتاحت كل هذه النتائج أخيرًا فهم سلوك كل هيكل فيما يتعلق بالأحمال المطبقة وأيضًا نوع التعزيز المناسب لتحسين الخواص الميكانيكية.