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Hejjaji, Akshay Amaranath. Abrasive waterjet milling of CFRP composites and its influence on the mechanical behavior and patch adhesion intended for repair application

Hejjaji, Akshay Amaranath (2018). Abrasive waterjet milling of CFRP composites and its influence on the mechanical behavior and patch adhesion intended for repair application.

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Résumé en francais

Le procédé d'usinage par Jet d'eau Abrasif (JEA) est un processus polyvalent, largement employé pour découper une vaste gamme de matériaux. Récemment, quelques études ont démontré la capacité de ce procédé pour l'usinage non débouchant à profondeur contrôlée de matériaux composites, qui peuvent potentiellement être utilisés pour la réparation de structures aéronautiques composites endommagées. Plusieurs études scientifiques rapportent que ce procédé d'usinage induit divers types de défauts sur la surface usinée. S'agissant d'une application récente, l'usinage non débouchant de matériaux composites par JEA nécessite des investigations pour être compris sur de nombreux points. Cette thèse participe à combler ce manque en définissant trois objectifs : l'usinabilité du matériau composite par ce procédé, l'influence des défauts générés par l'usinage JEA sur le comportement mécanique, et l'influence de la qualité de surface et des défauts sur l'adhésion d'un collage dans un contexte de réparation. Premièrement, la compréhension de l'usinabilité des composites à renforts en fibres de carbone (CFRP) implique l'étude du taux d'enlèvement de matière, la morphologie de la surface usinée, et la caractérisation de la nature et de la taille des défauts générés par le procédé d'usinage. La qualité d'usinage est évaluée en utilisant des paramètres superficiels traditionnels comme la rugosité superficielle (Ra), et pour la première fois, la quantification des défauts est faite en utilisant un nouveau critère qui utilise un paramètre nommé " volume de cratères ". L'idée qui mène la deuxième partie de l'étude consiste à relier la qualité de la surface générée par l'usinage et le volume de défauts au comportement mécanique de la structure usinée. L'influence de la modification superficielle induite par l'usinage et l'influence des défauts sur la performance mécanique sont étudiées sous un chargement statique en traction, puis sous un chargement dynamique de fatigue traction/traction sur des spécimens usinés avec des niveaux de défauts variables. Les tests mécaniques statiques sont instrumentés avec un extensomètre et par de la corrélation d'images numériques, alors que les tests en fatigue sont instrumentés avec des extensomètres, des capteurs d'émissions acoustiques et par thermographie infrarouge. La forme et la propagation des endommagements pendant la phase de chargement mécanique sont analysées grâce aux données d'émission acoustique ainsi que par les cartographies de température des spécimens. Les données thermographiques des échantillons sont également mises à profit pour déterminer la limite d'endurance de spécimens avec des niveaux de défauts d'usinage variables. La force de traction à rupture et les limites d'endurance des divers spécimens sont corrélées avec les paramètres Ra et Cv pour comprendre l'influence de l'usinage JEA sur le comportement mécanique. Des études post-mortem sont conduites sur les spécimens en utilisant de la tomographie par rayons X afin de suivre la progression des endommagements dans les spécimens au cours du chargement en fatigue, et le rôle des défauts générés par l'usinage sur la propagation des endommagements. Enfin, afin de réaliser le troisième objectif de l'étude, les influences de l'état de surface et des défauts générés par l'usinage non débouchant par Jet d'Eau Abrasif sur la qualité de l'adhésion dans un contexte de structure composite réparée sont évaluées en exécutant des essais en traction sur les spécimens usinées et reconstruites avec l'ajout de nouveaux plis CFRP et en utilisant un film adhésif époxy. Les spécimens usinés puis réparés sont inspectés par tomographie par rayons X pour la recherche de défauts de collage, présents sous forme de zones de vides dans la zone d'interface. La réalisation de ces trois objectifs valide la facilité d'utilisation et la possibilité d'industrialisation de l'usinage non débouchant par Jet d'Eau Abrasif pour la réparation de structures composites CFRP.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Zitoune, Redouane
Crouzeix, Laurent
Ecole doctorale:Mécanique, énergétique, génie civil, procédés (MEGeP)
laboratoire/Unité de recherche :Institut Clément Ader (ICA-Toulouse)
Mots-clés libres :Usinage par jet d'eau abrasif - Composites CFRP - Défauts d'usinage - Caractérisation de surface - Comportement en fatigue - Réparation composite
Sujets :Sciences de l'ingénieur
Déposé le :06 Mar 2019 08:25