Effect of temperature and strain rate on the mechanical behavior of discontinuous glass fibre reinforced thermoplastic composite
Résumé
The use of discontinuous glass fibre reinforced thermoplastic composites is nowadays increasing in many fields, e.g. automotive, marine, industrial, biomedical and aircraft structures due to their good mechanical properties and environmentally-friendly nature (recycleability). Although such types of material show many advantages, their sensitivity to temperature and strain rate complicates their study. During manufacturing processes (thermoforming, compression moulding...), the thermoplastic composites may be subjected to severe conditions : high strain rates and temperatures, complex strain paths, resulting in significant changes of their mechanical properties. In this study, the mechanical behaviour of long glass fibre reinforced polypropylene is evaluated by performing uniaxial tensile tests at strain rates ranging from 0.001s−1 to 10s−1 under different temperatures starting from ambiant up to 120◦C. On the basis of the experimental results, a phenomenological material behavior model that depends on temperature and strain rate is identified. The uniaxial tests are then considered as a preliminary step to prepare for more complex mechanical characterization by means of biaxial tensile tests on cruciform shaped specimens, integrating the effect of strain path in addition to temperature and viscous effects.
L'utilisation de composites thermoplastiques renforcés par des fibres de verre discontinues se développe aujourd'hui dans de nombreux secteurs (automobile, marine, biomédical, aéronautique) en raison de leurs bonnes propriétés mécaniques et de leur caractère éco-responsable (recyclabilité). Bien que ces types de matériaux présentent de nombreux avantages, leur sensibilité à la température et à la vitesse de déformation rend leur étude complexe. Au cours de leur mise en forme (thermoformage, moulage par compression...), les composites thermoplastiques peuvent être soumis à des conditions sévères : vitesses de déformation et températures élevèes, chemins de déformation complexes, pouvant entraîner des changements significatifs des propriétés mécaniques. Dans cette étude, le comportement mécanique du polypropylène renforcé de fibres de verre longues est évalué en réalisant des essais de traction uniaxiale à des vitesses de déformation allant de 0,001s −1 à 10s −1 pour des températures allant de l'ambiante jusqu'à 120 • C. Sur la base de ces résultats expérimentaux, un modèle phénoménologique du comportement du matériau utilisé dépendant de la vitesse de déformation et de la température est identifié. Ces essais uniaxiaux sont alors considérés comme une étape préliminaire pour préparer une caractérisation mécanique plus complexe au moyen d'essais de traction biaxiaux sur des éprouvettes de forme cruciforme, intégrant en plus des effets température et visqueux, l'effet du chemin de déformation.
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