Impact et matériaux composites

Résumé du document

L'énergie apportée par un impact sur une pièce composite est dissipée par un endommagement microscopique de la pièce : microfissuration de la matrice, rupture des fibres ou délaminage des plis.
Qu'il soit de forte ou de faible énergie, tout impact sur un composite est important car il peut entraîner l'apparition de délaminages internes qui peuvent ensuite se propager sous sollicitation cyclique et mener à la ruine de la pièce.
Comme tous composites, la résistance aux impacts est une propriété que l'on peut adapter sur mesure suivant les exigences mécaniques et/ou économique de l'application finale.
Les matériaux composites à base de fibres de Kevlar présentent une excellente résistance aux impacts combinée à de bonnes performances mécaniques pour un coût relativement élevé ce qui réserve leurs utilisations à des domaines tels que l'aéronautique ou la protection balistique.
Les composites renforcés par des fibres de verres présentent aussi une bonne résistance aux impacts même si elle est inférieur à celle des composites à base de Kevlar. Cependant leur faible coût permet leurs utilisations dans des applications plus courantes comme l'automobile.

Extraits

[...] Il existe une classification (NIJ Standard- 0101.04 ) des protections en fonction des armes à feu contre lesquelles elles protègent efficacement : - Type I (.22 LR; .380 ACP) - Type IIA mm; .40 - Type II mm; .357 Magnum) - Type IIIA (High Velocity 9 mm; .44 Magnum) - Type III (Rifles) - Type IV (Armor Piercing Rifle) Les normes NIJ régissent aussi très strictement les conditions dans lesquelles doivent s'effectuer les tests des gilets pare-balle avant leur commercialisation. Le choix des matériaux utilisés dépend du niveau de classification. De manière générale plus un gilet est protecteur (type plus il est lourd et encombrant. [...]

[...] Les impacts à fortes énergies entraînent souvent la perforation et semblent donc causer les dégâts les plus graves. Cependant, il ne faut pas négliger les impacts à faible énergie car ceux-ci provoquent des délaminages à l'intérieur des composites qui peuvent se propager sous sollicitation cyclique Ce phénomène est insidieux car aucun signe extérieur ne prévient de l'endommagement de la structure composite. Dans le cas d'un impact conduisant à la perforation d'une plaque en composite, on peut assimiler l'effet à celui d'une entaille, c'est-à-dire à une diminution de la résistance mécanique d'environ Energie cinétique Il existe une grande variété de type de chocs possibles qui dépendent de l'énergie cinétique liée à la masse du projectile et à sa vitesse. [...]

[...] Les gilets pare-balle ne sont pas des composites au sens où on l'entend en aéronautique ou dans l'automobile. Ils sont généralement composés de plusieurs couches alternant tissu balistique et film plastique permettant le maintien et l'imperméabilité de l'ensemble. Le nombre de couches de tissus balistiques est généralement lié au niveau de protection souhaité. Par exemple, un gilet de niveau II comporte entre 16 et 20 couches de Kevlar alors qu'un gilet de niveau III en comporte entre 24 et 28 couches. [...]

[...] Nous verrons que les propriétés des composites de moyenne performance sont suffisantes pour répondre aux exigences fonctionnelles. Tableau 2 : Caractéristiques du SMC retenu pour le bloc avant Caractéristiques Méthodes d'essais État initial Après vieillissement climatique Objectif Densité Taux de verre Taux de charges ISO 1183 NF T 57-518 NF T 57- NA Ok Ok Ok Module en traction (GPa) NF T 57- 15 Contrainte en traction (MPa) 155 150 Module de flexion (GPa) NF T 57- 15 Contrainte en flexion (MPa) 270 250 Limite de fatigue (MPa) NF T 51- 50 Absorption d'énergie (J/cm ) NF T 50- Transition vitreuse NF L 17- 120 DSM Composite Resins1 a formulé un système de résines vinylester renforcées par des fibres de verre pour répondre à ces exigences et obtenir en plus de bonnes caractéristiques en fatigue grâce à une excellente adhérence fibres/résine Fabricant international de résines utilisées dans les matériaux composites. [...]

[...] Le logiciel devrait être capable de représenter la déchirure pli par pli des composites impliqués et de tenir compte des contraintes transverses dans le critère de délaminage Militaires a. Impacts de balles Les impacts causés par les balles des armes à feu sont des impacts de type faible masse/très haute vitesse Les balles pèsent de 2,6 g (22.LRHV) à 15,55 g (Magnum 44) et sont propulsés à des vitesse de 200 à 900 m.s-1 [18]. Les impacts de balles sont aussi caractérisés par une très faible surface d'impact et une grande dureté du projectile vis à vis de la surface impactée. [...]