Les structures sandwichs sont largement utilisées dans le domaine de l'aéronautique et de l'espace. En effet, l'assemblage de plusieurs couches de matériaux permet d'obtenir de bonnes propriétés mécaniques pour une faible masse. Cependant, leur amortissement doit être amélioré pour le confort des utilisateurs et la durabilité des structures.
L'objectif de cette thèse est d'étudier l'amortissement apporté à une structure sandwich par l'utilisation d'un matériau d'âme récemment développé. Ce matériau est fabriqué à base de fibres de carbone enchevêtrées, réticulées avec de la résine époxy.
Le matériau enchevêtré-réticulé est d'abord étudié seul. Les mesures expérimentales montrent un comportement dépendant très faiblement de la fréquence et dépendant fortement de l'amplitude et de l'historique de sollicitation. Un modèle d'hystérésis est développé pour décrire les boucles contrainte-déformation mesurées. L'étude théorique d'une structure à un degré de liberté contenant le matériau permet de détailler l'effet des différentes composantes de ces boucles sur la réponse dynamique en régime établi et en régime transitoire.
Le matériau est ensuite inclus dans une poutre sandwich. Un modèle de vibrations de poutres sandwichs en flexion est proposé pour inclure un comportement non-linéaire non-conservatif du matériau d'âme. Une étude expérimentale est menée sur des poutres sandwichs, montrant un comportement non-linéaire cohérent avec l'étude théorique de la structure à un degré de liberté. De plus, l'amortissement obtenu est très supérieur à celui apporté par un matériau d'âme classique comme le nid d'abeille ou la mousse PMI. Les simulations réalisées avec le modèle de poutre sandwich et le modèle d'hystérésis permettent de bien capturer les phénomènes non-linéaires observés.
A la fin de l'étude, une utilisation mixte d'un matériau d'âme en nid d'abeille et d'un matériau d'âme enchevêtré-réticulé est proposée afin d'obtenir un bon amortissement pour un faible ajout de masse. |
Sandwich structures are widely used in aerospace applications. Made with layers of different materials, they have very good stiffness to weight properties. However, damping properties of these structures have to be improved for user comfort and structure durability.
The aim of this thesis is to study how the use of a recently developped core material can increase damping in sandwich structures. This material is made with entangled carbon fibres cross-linked with epoxy resin.
The entangled-cross-linked material is first studied separately. Experimental measurements show that the behavior depends weakly on frequency, while it depends strongly on strain amplitude and excitation history. A hysteresis model is developed to describe measured stress-strain loops. A single-degree-of-freedom structure containing the material is studied theoretically to show the effect of the different parts of the hysteresis loops on the steady-state and transient responses.
The material is then included in a sandwich beam. A model for the bending vibrations of a sandwich beam is developped to include any nonlinear nonconservative behavior of the core material. Sandwich beams are then studied experimentally, showing a nonlinear response consistent with the results of the theoretical single-degree-of-freedom study. Moreover, obtained damping is much higher than for classical core materials such as honeycomb or PMI foam. Simulations made with the sandwich beam model and the hysteresis loop model capture well the observed nonlinear phnomena.
At the end of the study, a mixed use of honeycomb and entangled-cross-linked core materials is proposed, in order to obtain a high level of damping without adding much weight to the structure. |