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Prediction of the creep behaviour of bio-based sandwich panels under varying environments

Goal: PhD Thesis

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Sala Benjamin
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This paper investigates the influence of the stress level and hygrothermal conditions on the creep/recovery behaviour of three high-grade composites made of GreenPoxy and flax and hemp fibres. The results show that the levels of instantaneous, time-delayed and residual strains increase with the applied load and the severity of the environment. The time-delayed strains of the materials are higher in the creep phase than in the recovery phase. A stiffening effect is also observed during the recovery phase. The post-creep viscoelastic properties are then identified using an anisotropic viscoelastic law from the recovery function. The relaxation time function is independent of the stress level and the environmental conditions. The viscous parameter varies with the stress level and increases substantially with severe environmental conditions. The dependence of the creep/recovery behaviour on the stress level is due to the dependence of the stiffening phenomenon and irreversible mechanisms rather than to the viscoelastic behaviour.
Sala Benjamin
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Pour réduire leur empreinte environnementale, les industriels recherchent des matériaux renouvelables pouvant se substituer aux solutions pétrosourcées. De par leur faible densité et leurs propriétés mécaniques élevées, l'intérêt pour les matériaux composites à fibres végétales se fait grandissant. Cependant, le manque de données concernant le comportement différé de ces composites est un frein à leur utilisation dans des applications structurales. Le but de ce travail de thèse est de caractériser et modéliser le comportement en fluage dans des conditions hygrothermiques variables. La première partie de l'étude est dédiée à la validation du procédé de fabrication utilisé. Puis, les isothermes de sorption d'eau sont déterminées pour les composites fabriqués. Une comparaison des déformations mesurées à l'aide de trois moyens métrologiques différents est réalisée avant d'analyser l'effet du niveau de sollicitation sur le comportement différé d'un composite unidirectionnel sous chargement de traction dans la direction des fibres. Les principaux résultats montrent qu'une augmentation du niveau de sollicitation a pour conséquence une augmentation de la déformation totale, de la vitesse de déformation, de la durée de fluage primaire. Le comportement du matériau est viscoélastique jusqu'à une contrainte de 55 MPa. Une dépendance à la contrainte est visible pour les niveaux de chargement étudiés. To reduce their environmental footprint, companies are looking for renewable solutions that can replace fuel-based solutions. Due to their low density and attractive mechanical properties, interest in plant fibre composites is growing. However, the lack of data on the delayed behaviour of these composites does not allow them to be used in structural applications. The aim of this PhD research works is to characterise and to model the creep behaviour under varying hygrothermal conditions. The first part of this study is dedicated to the validation of the manufacturing process. Then, water sorption isotherms are determined for manufactured composites. A comparison between three metrological means is done before analysing the effect of stress level on the delayed behaviour of tensile unidirectional composites in fiber direction. The main results show the increase in the stress level causes the increase of total strain, the rate of strain, the duration of primary creep stage. The material behavior is viscoelastic until a stress equal to 55 MPa. A dependence to the stress is observable for the studied stress levels.
Sala Benjamin
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La recherche de matériaux ayant une empreinte écologique plus faible et pouvant être utilisés dans des applications structurales fait grandir l’intérêt des industriels envers les composites à fibres végétales. Ces nouveaux matériaux représentent une alternative aux solutions pétrosourcées. Les composites à structures sandwiches, permettant d’allier légèreté et grande rigidité de flexion, sont notamment appréciés dans le secteur du transport. Pour répondre aux attentes des industriels de ce secteur, des modèles robustes doivent être mis au point. Cependant, pour ce type de matériau, le comportement différé et l’impact des conditions hygrothermiques ne sont pas autant étudiés que le comportement quasi-statique. Les tâches liées à ce travail de thèse, s’inscrivant dans le cadre du projet européen SSUCHY, comprennent la sélection des constituants et l’optimisation du matériau sandwich partiellement ou totalement biosourcé, la caractérisation et la modélisation du comportement thermo-hygro-mécanique et la construction d’un modèle prédictif du comportement différé de ces structures sandwiches. Ce poster expose les résultats préliminaires de ce travail.
Sala Benjamin
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PhD Thesis