Avant-propos13

Première partie : Principes de construction19

Chapitre 1. Les matériaux composites, leur intérêt, leurs propriétés physiques21

1.1. Qu'est-ce qu'un matériau composite ?21

1.2. Fibres et matrices22

Les fibres - les matrices.

1.3. Que fabrique-t-on en matériaux composites ?26

1.4. L'exemple type d'intérêt des matériaux composites30

1.5. Quelques exemples de remplacement de solutions classiques par des solutions composites30

1.6. Les principales propriétés physiques32

1.7. Autres propriétés remarquables36

Chapitre 2. Procédés de fabrication39

2.1. Le formage par moulage39

Le moulage au contact - le moulage poinçon-matrice - le moulage sous vide - le moulage par injection de résine - le moulage par injection de pré-imprégné - moulage par injection de mousse - moulage de pièces de révolution.

2.2. Autres procédés de formage45

Formage de plaque - formage de profilés - formage par estampage - préformage par assemblage tridimensionnel - stratification par machines de dépose.

2.3. Reconnaissance pratique des procédés de mise en forme49

Les sigles - importance relative des procédés.

Chapitre 3. Les propriétés du pli53

3.1. Isotropie, anisotropie53

3.2. Les caractéristiques du mélange renfort-matrice58

La teneur en masse de renfort - la teneur en volume de renfort - la masse volumique du pli - l'épaisseur du pli

3.3. Le pli unidirectionnel61

Modules élastiques - résistance à la rupture d'un pli - exemples : unidirectionnels fibres/époxyde - exemples : unidirectionnels « hautes performances ».

3.4. Le pli tissé68

L'allure du renfort tissé - modules élastiques du pli tissé - exemples : tissus équilibrés/matrice époxyde.

3.5. Les mats et autres charges pour matrices72

Les mats - exemple récapitulatif : les plis verre/époxyde - les charges sphériques - autres renforts

3.6. Les tissus multidimensionnels76

3.7. Composites à matrice métallique78

3.8. Les matériaux biocomposites80

Les fibres naturelles végétales - les composites à renforts de fibres naturelles végétales - les procédés.

3.9. Les matériaux nanocomposites84

Les nanorenforts - le matériau nanocomposite - applications mécaniques - fabrication des matériaux nanocomposites.

3.10. Les essais mécaniques de base95

Chapitre 4. Les matériaux sandwiches97

4.1. Qu'est-ce qu'un matériau sandwich ?97

4.2. La flexion simplifiée99

Les contraintes - les déplacements.

4.3. Quelques particularités102

Masses comparées à rigidité de flexion (...)EI(...) équivalente - les structures sandwiches se détériorent par flambement.

4.4. Problèmes de construction105

Un exemple de matériaux pour le coeur des structures sandwiches : les « nids d'abeilles » - la mise en forme - l'insertion de pièces et ferrures d'attache - la réparation (revêtements stratifiés)

4.5. Le contrôle qualité non destructif110

Chapitre 5. Conception, dessin115

5.1. Le dessin d'une pièce composite115

Les propriétés caractéristiques - les valeurs guides du prédimensionnement.

5.2. Le stratifié118

Nappes et tissus - la bonne orientation d'un pli - code de représentation d'un stratifié - l'agencement des plis.

5.3. La rupture des stratifiés129

Endommagement - le critère de rupture de Hill-Tsai.

5.4. Prédimensionnement d'un stratifié134

Modules élastiques, déformations d'un stratifié - cas d'un chargement simple - cas d'un chargement complexe : composition approchée d'un stratifié - cas d'un chargement complexe : composition optimum d'un stratifié - particularités de comportement des stratifiés.

Chapitre 6. Conception, assemblage173

6.1. Rivetage, boulonnage173

Les principaux modes de rupture des liaisons boulonnées de matériaux composites - valeurs recommandées - rivetage - boulonnage.

6.2. Collage182

Les adhésifs utilisés - la géométrie des joints collés - le dimensionnement des surfaces collées - représentation de collages, exemples.

6.3. Les inserts191

Chapitre 7. Matériaux composites et construction aérospatiale193

7.1. Les avions194

Les pièces composites dans les avions - affectation des composites selon leur nature - quelques remarques - les aspects spécifiques de la résistance des structures - les gros porteurs - les moyens porteurs - les avions légers - les avions de combat - architecture et réalisation des pièces composites d'avions - les dispositifs de freinage.

7.2. Les hélicoptères222

Situation - les zones composites - les pales - le moyen rotor - les autres pièces composites travaillantes.

7.3. Les hélices d'avions229

7.4. Les propulseurs aéronautiques à réaction233

Les matériaux utilisés - les composites réfractaires.

7.5. Les applications spatiales237

Satellites - réservoirs - les tuyères - les autres pièces composites.

Chapitre 8. Matériaux composites et applications diverses247

8.1. Importance comparée des composites dans les applications247

Importances relatives en masse et en valeur marchande - masse des composites mis en oeuvre suivant la zone géographique - prix moyens.

8.2. Les composites et la construction automobile250

Introduction - les pièces composites - recherche et développement - la compétition

8.3. Eoliennes262

8.4. Les composites et la construction navale266

Compétition - navires.

8.5. Sports et loisirs272

Skis - bicyclettes - raquettes de tennis.

8.6. Applications diverses275

Deuxième partie : Comportement mécanique des matériaux stratifiés281

Chapitre 9. Milieu élastique anisotrope283

9.1. Rappels et notations283

Mécanique des milieux continus - nombre de coefficients distincts.

9.2. Matériau orthotrope286

9.3. Matériau isotrope transverse287

Chapitre 10. Constantes élastiques d'un composite unidirectionnel289

10.1. Module suivant le sens long E_l289

10.2. Coefficient de Poisson292

10.3. Module suivant le sens travers E_t292

10.4. Module de cisaillement G_(...)295

10.5. Propriétés thermoélastiques296

Matériau isotrope classique - cas du composite unidirectionnel - comportement thémomécanique de l'unidirectionnel.

Chapitre 11. Constances élastiques d'un plu dans une direction quelconque301

11.1. Coefficients de souplesse301

11.2. Coefficients de raideur306

11.3. Cas d'un chargement thermomécanique309

Coefficients de souplesse - coefficients de raideur.

Chapitre 12. Le comportement des plaques stratifiées minces315

12.1. Stratifié plan à symétrie miroir315

Comportement en membrane - modules apparents du stratifié - conséquence : détermination pratique d'un stratifié travaillant en membrane - comportement en flexion - conséquence : détermination pratique d'un stratifié travaillant à la flexion - calcul sommaire à la flexion - cas d'un chargement thermomécanique.

12.2. Stratifié sans symétrie miroir339

Comportements en membrane-flexion couplés - cas d'un chargement thermomécanique

Troisième partie : Justificatifs, poutres composites, plaques épaisses343

Chapitre 13. Coefficients élastiques345

13.1. Coefficients élastiques d'un matériau orthotrope345

13.2. Coefficients élastiques d'un matériau isotrope transverse348

Rappel - rotation autour d'un axe d'orthotropie (axe dans le sens travers)

13.3. Cas d'un pli359

Chapitre 14. Détérioration des pièces composites, critères de rupture361

14.1. Détérioration des pièces composites361

Le problème industriel - l'incidence des procédés de fabrication - les zones régulières et singulières dans une même pièce - le processus de la dégradation en zone régulière

14.2. Forme des critères de rupture369

Caractéristiques d'un critère de rupture - forme générale d'un critère de rupture - critère du premier degré, ou linéaire - critère du second degré, ou quadratique

14.3. Le critère de Hill-Tsai376

Matériau isotrope : critère de Von Misès - matériau orthotrope : critère de Hill-Tsai - évolution de la résistance d'un pli unidirectionnel suivant la direction de sollicitation

Chapitre 15. Les poutres composites, flexion387

15.1. Flexion des poutres à phases isotropes, à plan de symétrie388

Degrés de liberté - le collage parfait des phases entre elles - relations d'équilibre - relations de comportement - formulation technique - interprétation énergétique - extension au cas dynamique

15.2. Cas d'une section droite quelconque (asymétrique)408

Chapitre 16. Les poutres composites, torsion415

16.1. Étude de la torsion uniforme415

Degré de liberté de torsion - relation de comportement - détermination de la fonction (...) (y, z) - interprétation énergétique

16.2. Position du centre de torsion420

Chapitre 17. Flexion des plaques stratifiées épaisses427

17.1. Remarques préliminaires427

Contrainte normale transverse (...)_z - contraintes dites « de cisaillement transverse » (...)_xz et (...)_yz - hypothèses.

17.2. Champ des déplacements431

17.3. Déformations434

17.4. Relations de comportement434

Comportement en membrane - comportement en flexion - comportement en cisaillement transverse.

17.5. Relations d'équilibre438

Équilibre transverse - équilibre en flexion

17.6. Formulation technique de la flexion440

Contraintes planes de flexion - contraintes de cisaillement transverse de flexion - caractérisation des gauchissements de flexion n_x et n_y - fonctions de gauchissement - conséquences - interprétation énergétique.

17.7. Exemples453

Plaque homogène orthotrope - plaque sandwich.

Quatrième partie : Applications459

Chapitre 18. Applications461

18.1. Niveau 1461

Poutre sandwich sur deux appuis - coefficients de Poisson d'un unidirectionnel - pale d'hélicoptère - arbre de transmission pour camion - volant d'inertie en carbone/époxyde - saumon de voilure en carbone/époxyde - fibres de carbone revêtues de nickel - tuyauterie sous pression en verre/époxyde - réservoir bobiné ; angle d'enroulement - réservoir bobiné ; prise en compte des ouvertures des fonds - détermination de la teneur en volume de fibres par pyrolyse - levier de renvoi en carbone/peek uniderectionnel et fibres courtes - poteau télégraphique en verre/résine - pli unidirectionnel de carbone HR - bras manipulateur de navette spatiale.

18.2. niveau 2522

Poutre sandwich : calcul simplifié du coefficient de section réduite - programme de calcul d'un stratifié - stratifiés kevlar/époxyde : évolution de la raideur suivant la direction de la sollicitation - contraintes thermiques résiduelles lors de la cuisson d'un stratifié - comportement thermoélastique d'un tube en verre/polyster bobiné - tube en polymère fretté avec chargement thermique et fluage - rupture de premier pli d'un stratifie ; rupture complète - stratifié optimum pour un état de contraintes isotrope - stratifié constitué de couches identiques de tissu équilibré - longeron de voilure en carbone/époxyde - détermination des caractéristiques élastiques d'un unidirectionnel carbone/époxyde par essai de traction - coque de voilier en verre/polyester - détermination du module de cisaillement plan d'un pli de tissu équilibré - stratifié quasi isotrope - plaque orthotrope en torsion pure - plaque injectée par par le procédé R.T.M. - comportement thermoélastique d'un pli de tissu équilibré.

18.3. Niveau 3604

Collage cylindrique - éclissage collé - poutre composite à deux couches - flambement d'une poutre sandwich - cisaillement de flexion dans une poutre sandwich - cisaillement de flexion

dans une poutre caisson et dans une poutre en I - colonne en polymère frettée - flexion cylindrique d'une plaque orthotrope épaisse uniformément chargée - flexion d'une plaque console sandwich - vibrations de flexion d'une poutre sandwich.

Annexes655

Annexe 1. Contraintes dans les plis d'un stratifié carbone/époxyde chargé dans son plan655

Annexe 2. Flambement des structures orthotropes668

Bibliographie675

Index alphabétique/lexique683