Expertise fractographique des composites

Résumé du document

La fractographie consiste en l'étude des surfaces de rupture d une pièce en vue de préciser l'amorçage et la propagation de l'endommagement et ainsi définir l'histoire de la rupture de la structure étudiée.
Cette étude est généralement réalisée à deux niveaux : Inspection à l'oeil nu ou à faible grossissement de la partie rompue, analyse macroscopique. Et observation par MEB, analyse microscopique.
Elle permet de déterminer les zones d'amorçage des ruptures par observation des différentes directions de propagation et ainsi de comprendre les modes de ruptures de la pièce. L'expertise fractographique des composites s'inscrit dans l'expertise de la rupture ou de la défaillance de pièces composites. La défaillance fait partie intégrante de la vie d une pièce. La fractographie est une technique issue de l'industrie métallurgique dans laquelle elle est très répandue. Concernant les composites, cette technique se développe de plus en plus et les scientifiques ont créés dans ce sens, comme il a été fait en métallurgie, des recueils d'images pour la formation de banques de données.
La fractographie s'inscrivant dans l'expertise générale des défaillances de pièces composites, nous avons choisi de présenter le déroulement de cet exercice, dans une première partie. Nous traiterons par la suite des techniques d'analyse fractographique et plus particulièrement de la plus communément utilisée : la microscopie électronique à balayage (MEB). Enfin, nous nous intéresserons à quelques cas pratiques énoncés dans la littérature et plus précisément au composites à fibres longues et à matrice polymère.

Extraits

[...] Concernant les composites, cette technique se développe de plus en plus et les scientifiques ont créés dans ce sens, comme il a été fait en métallurgie, des recueils d images pour la formation de banques de données.[1] La fractographie s inscrivant dans l expertise générale des défaillances de pièces composites, nous avons choisi de présenter le déroulement de cet exercice, dans une première partie. Nous traiterons par la suite des techniques d analyse fractographique et plus particulièrement de la plus communément utilisée : la microscopie électronique à balayage (MEB). Enfin, nous nous intéresserons à quelques cas pratiques énoncés dans la littérature et plus précisément au composites à fibres longues et à matrice polymère I. Analyse de défaillance de pièces en composites 1. [...]

[...] L avantage du MEB en mode SE est l obtention de a tpographie de la surface. Ainsi, deux zones seront à analyser : La zone d amorçage où seront mis en évidence les défauts dus à la mise en uvre du composite, avec des défauts d usinage, des rayures, des entailles, des porosités La zone de propagation qui présente différentes formes selon les modes de fissuration : les rivières ou languettes, microfissuration dont la convergence donne la direction locale de propagation d la rupture. [...]

[...] Mise en pratique de la fractographie 1. Défaillance d un réseau de chauffage par géothermie L exemple choisi concerne un circuit de chauffage urbain par géothermie réalisé par assemblage collé de tubes et accessoires calorifugés en matériaux composites verre-époxyde. L eau des canalisations est sous pression (10 bar) jusqu à une température de 110°C. En certains endroits du réseau, du fait des conditions géologiques, la paroi externe des tubes est en contact avec l eau au niveau de toutes les parties non calorifugées. [...]

[...] Dans ces zones, un changement de teinte des tubes est visible. La figure suivante présente deux pièces défaillantes : Figure 5 : Endommagement des canalisations Caractéristiques des tubes Deux types de résine sont présentes: une résine époxyde novolaque côté paroi interne des tubes et une résine époxyde de type DGEBA (diglycidyléther du bisphénol côté paroi externe. Les tubes sont constitués de 16 couches de mèches de fibres de verre unidirectionnelles orientées à par rapport à l axe du tube. Le taux volumique de renfort est de Caractérisation du dommage L étude par microscopie électronique à balayage des surfaces délaminées présentant les fibres dénudées côté externe (Figure met en évidence l état poreux de la matrice caractéristique du départ d une phase du matériau. [...]

[...] Les résultats obtenus lors de l analyse fractographique sont comparés aux bases de données fractographiques. Cela permet de savoir si les défaillances sont liées à des problèmes : de fabrication : - recherche de défauts type (vides, porosités, hétérogénéités ) apparus lors du moulage des pièces - évènements caractéristiques de l usure, d une dégradation thermique lors de l usinage des pièces de stockage, transport : - mise en évidence de vieillissement prématuré d utilisation : - identification des modes de rupture (traction, compression, cisaillement statique, fluage, fatigue) - évènements caractéristiques du vieillissement 6 II- Analyse fractographique L'examen fractographique doit porter sur les deux fragments de la pièce (ou d une éprouvette) car l'un des fragments peut contenir des informations non visibles sur l'autre. [...]