Dans la tendance de la légèreté industrielle, les thermoplastiques renforcés de fibres courtes sont de plus en plus utilisés en raison de leur facilité de traitement et de leur faible coût. Dans les applications de conception Multi - structures, les thermoplastiques renforcés de fibres courtes doivent être collés à d'autres matériaux, et comment prédire avec précision et efficacité la résistance de leurs joints collés pour assurer la sécurité de la structure devient un problème urgent. En réponse à ce problème, Masaki Omiya de l'Université Keio au Japon a proposé de calculer deux valeurs d'intégration (base sur J, base sur g) j en utilisant la méthode directe pour obtenir les paramètres du modèle de cohésion interne (czm) et a développé une méthode basée sur cette méthode pour prédire la résistance des joints collés utilisant des thermoplastiques renforcés de fibres courtes comme pièces collées, fournissant un outil plus précis pour la conception et l'évaluation des performances des produits concernés.

Figure 1 schéma de l'essai ENF (extrémité cut flexion) et description des paramètres d'analyse

Cet article simule le processus de défaillance de type II d'un joint sous l'effet d'une force de cisaillement à l'aide d'un test ENF (end cut flexion). La pièce collée est un thermoplastique renforcé de fibres courtes, l'adhésif est une résine époxy, la surface de la pièce collée est traitée par ablation laser avant d'être testée, l'épaisseur de la couche de colle est contrôlée à l'aide d'un film métallique et d'une bande de gomme téflon et les fissures initiales sont préfabriquées. Le chargement en flexion à trois points est effectué au cours de l'essai par commande de déplacement. Une analyse par éléments finis (Figure 2) est enfin réalisée en combinaison avec l'analyse des paramètres czm résultants pour vérifier l'exactitude de la méthode utilisée ici.

Figure 2 Conditions limites et modes de maillage pour l'analyse par éléments finis de l'essai enf

Les chercheurs ont utilisé les données du test ENF pour considérer deux formes différentes de l'intégration J de la rupture de type II: l'une prend en compte l'énergie consommée par la déformation plastique de la pièce collée (base sur j) et l'autre suppose que la pièce collée est purement élastique (base sur g). Ils ont déduit deux ensembles distincts de paramètres du modèle czm (Figure 3) à partir de ces deux intégrations J séparément et ont substitué ces deux ensembles de paramètres à l'analyse par éléments finis pour obtenir la courbe charge - déplacement de l'analyse par éléments finis de l'essai ENF. En comparant les données expérimentales de l'essai ENF avec les résultats par éléments finis, on a montré que le paramètre czm déduit de l'intégration J basée sur l'hypothèse de l'élasticité pure prédit plus précisément la force réelle du Joint collé.

Figure 3 Paramètres czm obtenus à partir de deux formes différentes d'intégration J

Figure 4 Comparaison des données expérimentales et des résultats par éléments finis de la courbe charge - déplacement de l'essai enf

En résumé, cet article développe une méthode de prédiction de la résistance des thermoplastiques renforcés de fibres courtes en tant que joints collés de la pièce collée. L'analyse des données expérimentales de l'essai ENF par la méthode directe a permis d'obtenir les paramètres czm sous les deux hypothèses, puis une analyse par éléments finis séparée basée sur les deux ensembles de paramètres czm résultants et la comparaison des courbes de charge - déplacement simulées avec les résultats expérimentaux ont montré que, dans les joints collés utilisant des matériaux thermoplastiques renforcés de faible rigidité, tels que des composites renforcés de fibres courtes, les paramètres de résistance des joints collés prédits par la méthode directe sous l'hypothèse de l'élasticité pure correspondaient mieux à la réalité. Le travail de cet article fournit de nouvelles idées pour obtenir des paramètres czm dans un système de collage pour construire un modèle czm.

Le document de recherche a été publié dans Engineering Fracture Mechanics sous le titre « Validation of Mode II Cohesive Law obtained using the Direct method with short - fiber - Reinforced Thermoplastic Adhesive Bonded end - Notched Flexure joints ».