Objectifs

Fort des études déjà réalisées, l’objectif de notre équipe pour le prochain quadriennal est de poursuivre les actions de recherche en cours en continuant à développer des stratégies d’analyse et de modélisation des assemblages en s’appuyant sur différentes collaborations (i.e., industrielles, universitaires nationales et internationales). Les différentes thématiques de recherche proposées par ce groupe ont des applications fortes dans le domaine des énergies marines renouvelables.

Les projets scientifiques envisagés pour le groupe « Mécanique des Assemblages » sont présentés les suivants :

Modélisation du comportement d’assemblages mixtes collés

participants : Jean-Yves Cognard, Romain Créac’hcadec, Malick Diakhaté, Bernard Gineste et Laurent Sohier

Une thématique de recherche importante dans le cadre de l’optimisation des structures pour les applications industrielles innovantes est associée à l’utilisation d’assemblages mixtes (matériaux métalliques – matériaux composites). La conception de ce type d’assemblages demande la mise en place de démarches d’analyses spécifiques dans le but de rechercher des géométries d’assemblages limitant les sollicitations (en particulier pour les composites) et de maîtriser l’influence de l’environnement sur la durabilité en service. Ces points sont particulièrement important pour les applications navales (navires, structures off-shores, applications dans le domaine des énergies marines renouvelables). Le remplacement des méthodes traditionnelles d’assemblage par le collage offre des avantages importants, notamment l’allégement, la réduction de problèmes de corrosion galvanique et le potentiel de réduction des coûts de fabrication. Ainsi, le collage doit être intégré au stade de la conception, ce qui nécessite la disponibilité d’outils qui soient adaptés à l’industrie marine et qui aient été validés par des essais sur des structures représentatives, en particulier pour les applications navales. De plus, le nouveau règlement REACH limite, en particulier, l’utilisation des techniques de préparations de surfaces développées pour augmenter la durabilité des assemblages collés.

Durabilité d’assemblages collés industriels mixtes en environnement marin.

Deux thèmes d’étude sont proposés pour analyser l’influence des couplages entre le vieillissement et les chargements thermomécaniques :

1. Modélisation 3D du comportement en service d’un assemblage collé sous chargements thermomécaniques. Les démarches utilisées actuellement permettent d’envisager les études expérimentales du comportement d’un assemblage collé sous chargements cycliques et sous chargements de type fluage et relaxation en fonction de la température d’utilisation. De plus l’utilisation de la machine de traction torsion disponible au LBMS va permettre d’analyser l’influence de chargements multiaxiaux non proportionnels. Des projets de collaboration, d’une part pour des applications automobiles avec SIKA, et d’autre part avec le CEA pour caractériser le comportement mécanique de l’adhésion de pièces isolantes d’un aimant haut champ fonctionnant à température cryogénique (projet Iseult/Inumac, postdoc de 18 mois), vont être lancés.
2. Modélisation de l’influence du vieillissement en milieu marin sur le comportement d’assemblages collés. Dans cette étude, il est nécessaire d’analyser finement l’influence de la préparation de surface des substrats et du primaire, utilisé pour la durabilité, sur le comportement mécanique de l’assemblage collé en fonction du vieillissement en environnement humide. En particulier, il peut être nécessaire de proposer une modélisation de l’interphase substrat-adhésif. Un projet de collaboration avec la DGA et EUROCOPTER est en cours d’étude sur cette thématique. Une poursuite des travaux sur l’influence de la pression hydrostatique, en collaboration avec Lucas da Silva de l’Université de Porto et Peter Davies de l’IFREMER est prévue dans ce cadre. De plus, un projet de collaboration est en cours de mise place avec Raimund Josef Rolfes et Matthias Volger de l’ « Institute of Structural Analysis », Leibniz University Hannover, sur la modélisation 3D du comportement d’assemblages mixtes (modèles prenant en compte l’influence de la pression hydrostatique).

Etude du comportement hors plan de composites et d’assemblages collés de composites.

1. Dans le cadre de la suite du travail de thèse en collaboration avec AIRBUS, une étude en collaboration avec Nicolas Carrère de l’ONERA est proposée pour l’étude du comportement de composites collés pour applications aéronautiques. L’objectif est de mettre en place une procédure d’identification inverse de la dégradation du composite en utilisant les modèles numériques développés à l’ONERA.
2. Nous proposons aussi de poursuivre l’étude sur l’optimisation du comportement d’assemblages de composites bios (collaboration avec Yves Grohens et Christophe Baley, LIMATB, Lorient et Peter Davies, IFREMER).

Pour les applications fortement sollicitées, des assemblages collés hybrides sont souvent proposés (assemblages collés boulonnés pour applications aéronautiques AIRBUS et EUROCOPTER ; et assemblages collés soudés pour applications automobiles, SIKA). Une suite naturelle des activées proposées est associée à l’optimisation de ces assemblages.

Modélisation du comportement de ligne d'amarrage en mer

participant : Guilhem Blès

Les lignes d'amarrage en mer sont soit des chaînes ou des câbles en acier soit des câbles en fils de polymère tissés (souvent en polyester). Pour les grandes profondeurs (2000, 3000 mètres), les lignes en acier sont limitées en raison de leur poids qui devient trop important. Les lignes en fils de polymère ont alors un avantage certain du fait de leur légèreté. Malheureusement, le comportement de celles-ci est élastique non-linéaire et visqueux. Ce qui complique le travail de conception des ingénieurs. La démarche de modélisation développée pour analyser le comportement des matériaux tissés (modèle visco-élastique anisotrope) est une bonne base pour aborder la modélisation du comportement des câbles synthétiques. Sur cette thématique des collaborations avec l’IFREMER sont possibles.

Mise en œuvre des matériaux composites par le procédé d’infusion

participants : Franck Le Poulain, Eric Lolive, Thomas Bonnemains, Jean-Yves Cognard

L’objectif est d’établir un outil de conception et d’aide à la réalisation qui permette de déterminer les paramètres optimaux de mise en œuvre pour obtenir des matériaux exempts de défauts et qui possèdent les propriétés mécaniques recherchées. Pour y parvenir, nous souhaitons mettre au point un dispositif expérimental instrumenté qui permet :

1. de quantifier et de suivre l’évolution tout au long du processus d’infusion de l’ensemble des paramètres de mise en œuvre (débit de résine, dépression…)
2. de suivre l’évolution du front de matière en deux dimensions dans un premier temps et en trois dimensions dans un second temps – en régime insaturé et saturé par la mise en place de marqueur – afin d’établir des vitesses de propagation de résine,
3. de mesurer le champ de pression en différent point du moule en régime insaturé et saturé,
4. de suivre l’évolution de la géométrie au cours du temps (régime insaturé, régime saturé, pendant et après la réticulation).

Le financement du dispositif expérimental est en cours de finalisation en collaboration avec l’IUT de Brest (licence professionnelle "Conception et fabrication de structures en matériaux composites" et PFT SYRTEF).