Etude du comportement mécanique sous chargements mécaniques complexes de connecteurs en composite thermoplastique à renforts continus obtenus par fabrication additive : Application aux structure type « space-frame »

Résumé : Les composites polymères renforcés de fibres de carbone continues (CFRPC) sont largement utilisés dans le domaine des transports, de l'industrie navale, de l'aérospatiale en raison de leurs propriétés mécaniques spécifiques élevées par rapport aux alliages métalliques. L'application de l'impression 3D aux CFRP a ouvert une nouvelle ère pour la conception et la fabrication de structures composites complexes, pour lesquelles le coût et l'impact environnemental peuvent être adaptés en fonction de la quantité de matériau. L’impression 3D de matériaux composites est un procédé de fabrication additive récent qui permet la réalisation de pièces à vocation structurale par coextrusion de matière thermoplastique et de fibre continue (carbone, verre, kevlar, basalt...). Plusieurs études ont analysé le comportement mécanique d’éprouvettes imprimées par coextrusion de fibres de renfort et de matrices plastique. Il en résulte que ce comportement est influencé par le taux de fibres ainsi que par leur orientation. Cependant, il est difficile de transposer les résultats de ces études à des nœuds ou connecteurs sous chargements mécaniques complexes. En effet, le procédé de fabrication par dépôt de filament induit une anisotropie dans la pièce fabriquée. Cette anisotropie a pour conséquence une diminution importante des propriétés mécaniques de la pièce. Le travail de thèse se propose d’étudier le comportement mécanique des nœuds servant à la fabrication de structures type « spaceframe 2D » sous chargements mécaniques 2D dans un premier moment. Après une étude « matériau » minimale comparée à d’autres études centrées sur l’analyse du comportement mécanique du matériau obtenu par impression 3D, une approche « structure » sera privilégiée. Ce choix limitera la généralisation des résultats obtenus, en revanche, elle devrait permettre d’optimiser la géométrie des nœuds pour l’application. Ces étapes de caractérisation mécanique et d’optimisation des pièces composites obtenues par impression 3D, pour des chargements mécaniques complexes (2D et 3D), représentent les verrous scientifiques principaux.

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