Identification of mechanical properties of composite materials by vibration analysis
Identification des propriétés mécaniques de matériaux composites par analyse vibratoire
Résumé
The mechanical performance of composites depends not only on the characteristics of fillers and matrix used, but also on the quality of interface between these constituents. Thus, poor interfacial adhesion generally results in a decrease of the behavior of composite, which may be likened to an overall damage of the material. The purpose of this study is to propose a means of quick characterization of materials damage from mechanical vibrations analyses. Indeed, bad cohesion within thematerial can lead to friction phenomena, which tend to increase the damping level of its dynamic response. Several experimental techniques, some of which based on the analysis of the structural resonant frequencies, are presented in this study. The viscoelastic properties of particulate composites with polymer matrix are analyzed. Some design parameters of these model materials have been tuned, in order to create different damage levels. The results, particularly in regard to the loss factor, are interpreted from a comparison with simple analytical homogenization models.
Les performances mécaniques des matériaux composites dépendent non seulement des caractéristiques des charges et matrice utilisées,mais aussi de la qualité de l'interface entre constituants. Ainsi, une mauvaise adhésion interfaciale entraîne généralement une dégradation du comportement du composite, qui peut être assimilée à un endommagement global pour le matériau. Le but de cette étude est de proposer un moyen de caractérisation rapide de l'endommagement de matériaux à partir d'analyses mécaniques vibratoires. En effet, une mauvaise cohésion au sein du matériau peut conduire à des phénomènes de friction qui tendent à augmenter le niveau d'amortissement de sa réponse dynamique. Plusieurs techniques expérimentales, dont certaines reposent sur l'analyse des fréquences de résonance de la structure, sont présentées dans cette étude. Les propriétés viscoélastiques de matériaux composites particulaires à matrice polymère sont ainsi analysées. Certains paramètres d'élaboration de ces matériaux modèles ont été ajustés afin de créer des niveaux d'endommagement différents mais contrôlable. Les résultats obtenus, en particulier en ce qui concerne le facteur de perte, sont interprétés sur la base d'une comparaison avec des modèles analytiques simples d'homogénéisation.
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