Matériau composite

vignette|Multicouche, un exemple de matériau composite. Un matériau composite est un assemblage ou un mélange hétérogène d'au moins deux composants, non miscibles mais ayant une forte capacité d'interpénétration et d'adhésion, dont les propriétés mécaniques se complètent. Le nouveau matériau ainsi constitué possède des propriétés avantageuses que les composants seuls ne possèdent pas. Bien que le terme composite soit moderne, de tels matériaux ont été inventés et abondamment utilisés bien avant l'Antiquité, comme les torchis pour la construction de bâtiments. Il existe aussi des composites naturels tels que l'os et le bois. Ce phénomène d'assemblage, qui permet d'améliorer la qualité de la matière pour une certaine utilisation (légèreté, rigidité mécanique) explique l'utilisation croissante des matériaux composites dans de nombreux secteurs industriels. Au cours du , le développement de l'informatique a permis le calcul précis des propriétés mécaniques et le champ d'utilisation de ces matériaux artificiels a explosé. Néanmoins, la description fine des composites reste complexe du point de vue mécanique de par la non-homogénéité du matériau. Un matériau composite se compose comme suit : matrice + renfort + optionnellement : charge et/ou additif. Exemples : le béton armé = composite béton + armature en acier, ou le composite fibre de verre + résine polyester. Le renfort est l'armature reprenant l'essentiel des efforts mécaniques. Les renforts peuvent être classés selon : leur composition : métal, verre, polymère ; leur forme : fibres : courtes (0,1 - 1 mm), longues (1 - 50 mm) ou continues (> 50 mm). charges renforçantes : gravier (additionné au ciment pour fabriquer le béton), sable, billes de verre ; leur disposition : mat (nappe de fibres en vrac non tissées) ou tissé. Le tableau suivant résume les dispositions possibles des différentes formes de renforts dans un matériau composite : Le renfort peut être seul au sein d'une matrice (composite homogène) ou associé à un renfort de nature différente (composite hybride).

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EELCEE

Actif dans la fabrication composite, l'industrie automobile et l'ingénierie préformée intelligente. EELCEE est le pionnier de la fabrication de composites structuraux à haut volume pour l'industrie automobile, offrant des solutions rentables en mettant l'accent sur l'automatisation et la fabrication numérique.

Fibre de basalte

La fibre de basalte est un matériau fait à partir de fibres extrêmement fines de basalte. Elle est composée de minéraux comme le plagioclase, le pyroxène et l'olivine. Elle est similaire à la fibre de carbone et la fibre de verre mais possède de meilleures propriétés physico-mécaniques que la fibre de verre, elle est aussi moins chère que la fibre de carbone. La fibre de basalte est utilisée comme matériau résistant au feu dans l'industrie spatiale et automobile.

Fibre de verre

La fibre de verre est un filament de verre. Par extension, les plastiques à renfort de verre sont aussi appelés fibre de verre. Les fibres de verre, constituent avec les verres creux, les verres plats et les verres cellulaires, les principales familles de verre. La fibre de verre a été brevetée en 1930. Ce n'est toutefois que récemment qu'elle a révolutionné l'industrie verrière, utilisée pour ses qualités mécaniques et optiques.

Fibre de carbone

vignette|Petits morceaux de fibres de carbone (longueur 8 mm). La fibre de carbone se compose de fibres extrêmement fines, d'environ cinq à dix micromètres de diamètre, et est composée principalement d'atomes de carbone. Ceux-ci sont agglomérés dans des cristaux microscopiques qui sont alignés plus ou moins parallèlement à l'axe long de la fibre. L'alignement des cristaux rend la fibre extrêmement résistante pour sa taille. Plusieurs milliers de fibres de carbone sont enroulées ensemble pour former un fil, qui peut être employé tel quel ou tissé.

Chimie macromoléculaire

Polymer chemistry is a sub-discipline of chemistry that focuses on the structures of chemicals, chemical synthesis, and chemical and physical properties of polymers and macromolecules. The principles and methods used within polymer chemistry are also applicable through a wide range of other chemistry sub-disciplines like organic chemistry, analytical chemistry, and physical chemistry. Many materials have polymeric structures, from fully inorganic metals and ceramics to DNA and other biological molecules.

Deformation of materials

In engineering, deformation refers to the change in size or shape of an object. Displacements are the absolute change in position of a point on the object. Deflection is the relative change in external displacements on an object. Strain is the relative internal change in shape of an infinitesimally small cube of material and can be expressed as a non-dimensional change in length or angle of distortion of the cube. Strains are related to the forces acting on the cube, which are known as stress, by a stress-strain curve.

Fibers

Fiber or fibre (British English; from fibra) is a natural or artificial substance that is significantly longer than it is wide. Fibers are often used in the manufacture of other materials. The strongest engineering materials often incorporate fibers, for example carbon fiber and ultra-high-molecular-weight polyethylene. Synthetic fibers can often be produced very cheaply and in large amounts compared to natural fibers, but for clothing natural fibers can give some benefits, such as comfort, over their synthetic counterparts.

Photocured Nanocellulose Composites: Recent Advances

Yves Leterrier, Aigoul Schreier, Mohammed Arif Poothanari, Julien Bras

This perspective gives an overview of recent progress in thefield of photocured polymer composites based on variousforms of nanocelluloses, with a focus on cellulose nanofibrils. The manufacturing processes and performances of these nanocellulosecomposites are detailed, comprising solvent-assisted mixing processes, emulsification, coating and casting processes, preformimpregnation, and 3D printing. Attention is also paid to life-cycle engineered approaches to improve their sustainability. Thesematerialsfind applications in numerous domains, primarily as protective coatings but also as diffusion barrier composites andfilmsfor packaging and encapsulation of electronics, as composite hydrogels for biomedical applications, and as membranes for battery technologies.

AMER CHEMICAL SOC2022

Elimination of ringing artifacts by finite-element projection in FFT-based homogenization

Till Junge, Ali Falsafi, Martin Ladecký

Micromechanical homogenization is often carried out with Fourier-accelerated methods that are prone to ringing artifacts. We here generalize the compatibility projection introduced by Vond.rejc et al. (2014) [24] beyond the Fourier basis. In particular, we formulate the compatibility projection for linear finite elements while maintaining Fourier-acceleration and the fast convergence properties of the original method. We demonstrate that this eliminates ringing artifacts and yields an efficient computational homogenization scheme that is equivalent to canonical finite-element formulations on fully structured grids. (C) 2021 The Author(s). Published by Elsevier Inc.

ACADEMIC PRESS INC ELSEVIER SCIENCE2022

Multiaxial fatigue behavior and strengthening of riveted double-angle connections in steel bridges using prestressed CFRP rods

Hossein Heydarinouri

A large number of aging road and railway riveted metallic bridges suffer from fatigue problems. Stringer-to-floor-beam double-angle bridge connections are among the most fatigue-prone details due to the many cyclic distortion-induced stresses from axle loads. Increasing service loads and corrosion put these components at a higher risk of fatigue cracking. As the replacement of existing structures is costly, lengthy, and thus in some cases almost impossible, the development of retrofitting techniques is of great importance. However, fatigue strengthening of angle connections in bridges is a challenging task. The geometric complexities of these details hinder the development of applicable retrofitting techniques, and the multiaxial stress state in connections complicates fatigue analysis.The first objective of this work is to develop an applicable retrofitting system for strengthening the stringer-to-floor-beam double-angle connections in bridges, considering the fact that the traditional retrofitting techniques such as stop holes, welding additional elements or the softening of connections are not capable of effectively tackling the problem. In recent decades, the application of carbon fiber-reinforced polymer (CFRP) composites has attracted much interest for the fatigue strengthening of metallic structures owing to their superior properties such as high strength, light weight, high corrosion and fatigue resistance. The strengthening system developed in this study consists of a new adhesive-free mechanical wedgeâbarrel anchor for prestressed CFRP rods and a friction-based clamping system. Extensive finite element simulations are performed to optimize the design of the strengthening system. In addition, the static and fatigue performance of the developed system is experimentally investigated in laboratory tests. The ultimate tensile strength of the strengthening system is found to be greater than the nominal strength of the CFRP rods, which ensures achieving the full capacity of the CFRP rod strength. In addition, the fatigue tests show neither failure of the CFRP rods nor prestressing loss due to slippage in the anchorage components.The second objective is to determine the high-cycle fatigue thresholds for the prediction of crack initiation in angle connections subjected to multiaxial stresses. The critical plane approach is employed as an advanced approach for multiaxial high-cycle fatigue analysis. In addition, the effect of prestressed strengthening is incorporated into multiaxial fatigue models. Using identified proper critical plane-based multiaxial fatigue thresholds, a design approach is proposed for the fatigue strengthening of angle connections subjected to distortion-induced multiaxial stresses. Finally, the third objective is to apply the developed retrofitting system to strengthen the connections of a 92-year-old riveted railway bridge in Switzerland as a demonstration of a field application. The results of the short-term measurements demonstrate the effectiveness of the retrofitting system in improving the high-cycle fatigue behavior of the bridge connections through the reduction of the mean values of the stress components. The post-installation long-term measurements show no prestressing loss in the CFRP rods, indicating that no slippage occurs in the strengthening system components.

EPFL2021

Explore le processus de recyclage des composites, y compris la récupération des fibres, l'impact environnemental et les applications potentielles des fibres recyclées.

Couvre les propriétés et les processus de production des matériaux composites, en mettant l'accent sur le renforcement des fibres et des matrices.

Explore le comportement de déformation et de rupture des matériaux composites, mettant l'accent sur les composites en fibre continue et le rôle de l'interface fibre-matrice.