Research Article

Comportement en flexion des poutres en matériaux sandwichs

Behaviour of sandwich composites in flexural tests

Mustapha Assarar^a1, Abderrahim El Mahi^a1, Mohammed Khawar Farooq^a2 and Jean-Marie Berthelot^a1

^a1 Groupe Composites et Structures Mécaniques, Université du Maine, Avenue Olivier Messiaen, 72085 Le Mans Cedex 9, France

^a2 Laboratoire d'Acoustique, Université du Maine, UMR CNRS 6613, Avenue Olivier Messiaen, 72085 Le Mans Cedex 9, France

Résumé

Les matériaux sandwichs résultent généralement de l'association de deux semelles ou peaux de faible épaisseur, constituées de matériaux à haute résistance et haut module et d'une âme beaucoup plus épaisse et de faible densité. Ils ont pour avantages: une grande rigidité, une résistance à la rupture élevée associées à un faible poids par unité de surface. Malgré une activité de recherche et de développement sur ces matériaux, le comportement au cours de l'endommagement reste peu connu. L'objectif de cette étude est l'analyse du comportement en flexion 3-points de différents sandwichs au cours de la fatigue. Ils sont constitués de fibres de verre et de résine époxyde pour les peaux et de mousse PVC de différentes densités pour l'âme. Les essais de fatigue sont menés en contrôle déplacement. La réduction de la rigidité ou cours du cyclage est utilisée pour caractériser l'état d'endommagement des sandwichs. L'observation des faciès de rupture ont permis de relever les différents modes d'endommagement entraînant la rupture de l'éprouvette. Enfin, les durées de vie sont caractérisées par les courbes de Wöhler en utilisant le critère N₁₀, correspondant à une réduction de la rigidité de 10 % par rapport à sa valeur initiale.

Abstract

Sandwich panels have a very high stiffness to weight ratio, which makes them particularly useful in the aerospace, marine and in almost in all the industrial applications. However, traditional sandwich structures present problems like their tendency towards delamination, interfacial debonding and other complicated modes of failures. The aim of the present study is to investigate the mechanical behaviour of sandwich composite materials under dynamic loading. They consist of epoxy resin and glass fibres for the skins and PVC foam of various densities for the core. These tests were carried out under displacement control at various displacement levels. Stiffness degradation is used to study the mechanical behaviour of sandwich composites in fatigue. The fracture topographies are observed by optical and scanning electronic microscopes. Results shows that the mode of damage and failure strongly depends upon the core densities. Finally fatigue life is characterised by Wohler curves using N₁₀ criterion for different types of sandwich composites.

(Received March 20 2004)

(Accepted October 14 2004)

(Online publication February 3 2006)

Key Words:

• Sandwich materials ;
• 3-point bending ;
• fatigue ;
• damage ;
• fatigue life ;
• Wöhler curves

Mots clés:

• Matériaux sandwichs ;
• flexion 3-points ;
• fatigue ;
• endommagement ;
• durée de vie ;
• courbes de Wöhler