Étude de la rupture des assemblages collés par l'utilisation d'un critère couplé
Résumé
Le collage structural est une méthode d'assemblage présentant de nombreux avantages par rapport aux solutions classiques. Il est particulièrement recommandé pour des pièces composites, limitant ainsi les opérations de perçage et par conséquent l'altération de la tenue mécanique de l'assemblage. L'intégration de ce type de liaison dans les lanceurs spatiaux impose un haut de niveau de performance, associé à une robustesse et une fiabilité de conception. La prévision de la charge à rupture de la liaison collée est un point-clé pour rendre fiable son utilisation. Toutefois, les méthodes de dimensionnement restent rares. Les changements brusques de géométrie et de propriétés matériaux entre les substrats et l'adhésif induisent la présence de zones de singularités. Ces zones, néfastes à la tenue de l'assemblage, dues aux effets de bord sont des lieux privilégiés pour l'amorçage de fissures. La modélisation de telles structures par la Méthode des Eléments Finis (MEF) conduit par conséquent à une distribution de contraintes qui tend vers l'infini à proximité de ces zones de singularités. Les critères en contrainte classiquement utilisés présentent alors des limites pour traiter ces types de configurations [1]. Afin de pallier ce problème, un critère de ruine numérique alliant une approche en contrainte et en énergie a été mis en œuvre [2]. Ce critère peut être implémenté par la méthode des Eléments finis. Afin de réduire le temps de calcul, ce critère a également été développé à l'aide d'un modèle analytique de type sandwich (approche semi-analytique) basé sur la théorie des plaques minces (First-order Shear Deformation Theory) [3].
Dans ce contexte, une étude préliminaire permettant d'identifier les contraintes à rupture hors plan de l'adhésif pour différents modes de sollicitations a été réalisée sur des éprouvettes planes, à l'aide du dispositif Arcan modifié [4]. Ces éprouvettes ont été fabriquées en utilisant des substrats de géométrie particulière afin de limiter les effets de bord [4]. Deux singularités géométriques (une à chaque extrémité de l'éprouvette) ont été introduites afin de pouvoir appliquer la méthodologie du critère couplé proposée. La confrontation des prévisions issues des deux modèles décrits précédemment (éléments finis et semi-analytique) a permis d'établir une assez bonne corrélation avec les résultats expérimentaux. Ensuite, la rupture en traction et/ou torsion d'éprouvettes collées tubulaires de type "simple recouvrement" a été examinée, l'objectif final étant de caractériser le comportement de joints collés de géométries différentes soumis à des chargements complexes. Dans cette deuxième partie, l'influence d'un certain nombre de paramètres comme l'épaisseur du joint et/ou des substrats, et de la longueur de recouvrement a été étudiée. Les premiers résultats issus de cette deuxième campagne d'essais montrent une assez bonne adéquation avec les prévisions numériques.