Cette activité de recherche porte sur la détection/prédiction et la caractérisation de dommages susceptibles d’apparaître au cours de la vie d’un produit. L’existence des ces dommages est pris en compte dans la démarche intellectuelle de dimensionnement qui aboutit à la certification des structures composites et/ou structures assemblées par collages. Le principe de tolérance aux dommages consiste à dimensionner une structure pour lui permettre de tolérer la présence de différents types de dommages, soit par des éléments de redondance mécanique, soit par des marges de sécurité supplémentaires, soit par l’utilisation de matériaux aux caractéristiques intrinsèques plus performantes. La fiabilité des résultats de caractérisation de dommages est étudiée à l’aide des lois probabilistes adéquates pour chaque type d’endommagement.

Nous abordons cette problématique de plusieurs manières :

• Approche expérimentale

(i) Essais multi-physiques mécanique/thermique/hydrique

(ii) Modification et caractérisation de surface des adhérents

• Approche analytiques et numériques

Approche expérimentale

(i) Essais multi-physiques mécanique/thermique/hydrique [1-2]

A l’aide de la mécanique de la rupture on peut étudier le comportement d’une structure avec des défauts. Ces défauts peuvent être visibles (fissures débouchantes) ou invisibles (fissures internes). L’analyse en mécanique de la rupture corrèle des paramètres provenant du chargement, de la géométrie, et du matériau. Les modes élémentaires de rupture sont caractérisés selon le déplacement relatif des lèvres de la fissure. Il existe trois modes élémentaires de fissuration. Le premier mode est le mode d’ouverture ou clivage (mode I), c’est un mode de traction normal au plan de la fissure. Le second mode est le mode de glissement droit (mode II) qui correspond à un mode de cisaillement parallèle au plan de fissure et perpendiculaire au front de fissure. Le dernier mode est le mode de glissement qui correspond à un mode de cisaillement parallèle au plan de fissure et parallèle au front de fissure (mode III).

Au laboratoire, nous avons conçu un banc qui permet de caractériser l’énergie nécessaire pour générer la propagation d’une fissure lorsque le taux de restitution d’énergie dépasse l’énergie totale nécessaire à la propagation de la fissure Gc. La cinétique de propagation des dommages, les courbes de propagation et loi de Paris sont ensuite établies.

(ii) Modification et caractérisation de surface des adhérents [3-5]

Afin de conférer à un adhèrent des bonnes propriétés d’adhésion, l’état de surface doit être maîtrisé. Les facteurs qui augmentent la surface réelle de contact, comme la rugosité, favorisant l’adhésion par un processus d’ancrage mécanique, ainsi que la mouillabilité est employée pour évaluer l’adhésion. Elle consiste à étudier l’aptitude d’un liquide à s’étaler à la surface du solide.

Approche analytiques et numérique

La simulation multi-échelles multi-physiques [6-7] permet de prendre en compte le comportement non-linéaire des matériaux en présence de sollicitations sévères (température, humidité couplées avec la mécanique).

Collaborations :

Airbus Helicopters, Ecole Nationale d’Ingénieurs de Sfax, École National d’Ingénieurs de Tunis

Références :

[1] G. Zambelis, T. Da Silva Botelho, O. Klinkova, I. Tawfiq, C. Lanouette. Evaluation of the energy release rate in mode I of asymmetrical bonded composite/metal assembly. Engineering Fracture Mechanics, 190 : 175-185, mar 2018

[2] G. Zambelis, T. Da Silva Botelho, O. Klinkova, I. Tawfiq, C. Lanouette. A new approach in testing fatigue fracture mechanics properties in asymmetrical bonded composite/metal assemblies. Composites Part B : Engineering, 158 : 390-399, feb 2019

[3] R. Kessentini, O. Klinkova, I. Tawfiq, M. Haddar. Transient hygrothermo-mechanical stresses analysis in multi-layers bonded structure with coupled bidirectional model. International Journal of Mechanical Sciences, 150 : 188-201, jan 2019

[4] A. Bechikh, O. Klinkova, Y. Maalej, I. Tawfiq, R. Nasri. Sandblasting parameter variation effect on galvanized steel surface chemical composition, roughness and free energy. International Journal of Adhesion and Adhesives, 2020

[6] A. Bechikh, O. Klinkova, Y. Maalej, I. Tawfiq, R. Nasri. Effect of dry abrasion treatments on composite surface quality and bonded joints shear strength. IJAA, 2021

[5] R. Kessentini, O. Klinkova, H. Jrad, I. Tawfiq, M. Haddar. Analytical and numerical investigation of coupled hygro-thermo-mechanical model of multi-layers bonded structure. International Journal of Adhesion and Adhesives, 84 : 108-118, aug 2018

[6] R. Kessentini, O. Klinkova, I. Tawfiq, M. Haddar. Modeling the moisture diffusion and hygroscopic swelling of a textile reinforced conveyor belt. Polymer Testing, 75 : 159-166, may 2019 (IF 2.943).