Development and static and dynamic characterization of a sandwich composite with auxetic core and natural constituents

Développement et caractérisation statique et dynamique d'un composite sandwich à âme auxétique et à constituants naturels

Khawla Essassi (1)

1 LAUM - Laboratoire d'Acoustique de l'Université du Mans

In recent years, bio-based composite materials have been used in different industrial sectors due to their environmental interests. The use of a biological matrix reinforced with vegetable fibers makes it possible to improve not only environmental protection but also mechanical performance. On the other hand, auxetic structures have emerged as a result of their high specific properties and especially their great energy absorption capacities. In this context, this study proposes to develop a composite sandwich material with a re-entrant honeycomb core and a purely natural constituent. In order to build this structure, the additive manufacturing method was used. First, the static tensile behavior of the skins is analyzed. The elastic characteristics of the printed specimens in different directions are determined. Subsequently, the mechanical properties of auxetic cores in tension and in compression as well as those of sandwiches in bending and indentation were developed. An analysis of damage mechanisms during indentation tests is performed using the acoustic emission technique. Then, experimental tests and analytical models were carried out to determine the fatigue behavior of the sandwiches. Finally, a study of the vibration behavior of the skin, cores and sandwiches is carried out using an experimental and numerical study by finite element. The contribution of each component in the global damping properties is discussed.

Durant ces dernières années, les matériaux composites bio sourcés sont utilisés dans différents secteurs industriels suite à leurs intérêts environnementaux. L’utilisation d’une matrice biologique renforcée par des fibres végétales permet d’améliorer non seulement la protection environnementale mais aussi les performances mécaniques. D’autre part, les structures auxétiques ont émergées pour leurs hautes propriétés spécifiques performantes et surtout leurs grandes capacités d’absorption énergétique. Dans ce cadre, cette étude propose l’élaboration d’un matériau composite sandwich à âme auxétique en nid d’abeilles ré-entrantes et à constituant purement naturel. Cette structure a été élaborée par la méthode de fabrication additive. D’abord, le comportement statique en traction des peaux est analysé. Les caractéristiques élastiques des éprouvettes imprimées suivant différentes directions sont déterminées. Par la suite, les propriétés mécaniques des âmes auxétiques en traction, en compression ainsi que celles des sandwichs en flexion et indentation ont été étudiées. Une analyse des mécanismes d’endommagement au cours des essais d’indentation est effectuée en utilisant la technique de l’émission acoustique. Ensuite, des essais expérimentaux et des modèles analytiques (et éléments finis) ont été menés pour déterminer le comportement en fatigue des sandwichs. Enfin, une étude du comportement vibratoire de la peau, d’âmes et des sandwichs est réalisée suite à une étude expérimentale et numérique par éléments finis. L’effet de chaque composant dans l’amortissement global est discuté.

Mots clés: Natural constituent; Auxetic; Acoustic emission

Mots clés: Composite; Constituant naturel; Auxétique; Fatigue; Vibration; Émission acoustique

Domaines: Mécanique des matériaux [physics.class-ph]

Khawla Essassi. Développement et caractérisation statique et dynamique d'un composite sandwich à âme auxétique et à constituants naturels. Mécanique des matériaux [physics.class-ph]. Le Mans Université; École nationale d'ingénieurs de Sfax (Tunisie), 2020. Français. ⟨NNT : 2020LEMA1025⟩. ⟨tel-02985186⟩