Performance mécanique à long terme des assemblages collés et boulonnés

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Les structures composites sont interconnectées par divers types de joints ; boulonné, riveté, collé, soudé, etc. La présence d'un joint représente une perte d'efficacité puisque l'assemblage est moins résistant que ses constituants. Les joints boulonnés (JB) ne dépassent pas 50 % de la résistance à la traction du composite non perforé, contrairement aux joints collés (JC) qui ont le potentiel théorique d'atteindre 100 % d'efficacité. Cependant, les JC ne répondent pas à tous les critères d'assurance qualité et sont disqualifiés de certaines applications. Une des alternatives proposées est de concevoir des assemblages hybrides boulonnés collés (HBC) qui, dans certaines conditions comme les contraintes cycliques, sont supérieurs aux JB et JC. Les recherches proposées portent sur trois types de joints : JB, JC et HBC. Chacune de ces méthodes d'assemblage peut constituer un choix optimal selon l'application, mais de nombreuses incertitudes subsistent sur les critères de conception. On visera donc à comprendre l'effet des paramètres matériaux et géométriques sur le transfert des charges entres deux structures à joindre par JB, JC ou HBC, ainsi que les mécanismes d'endommagement qui mènent à la rupture finale. Ces nouvelles connaissances permettront de concevoir des structures mécaniques optimisées, sécuritaires et durables. Ces objectifs seront atteint grâce à une série intégrée d'études théoriques, expérimentales et numériques impliquant des méthodes puissantes comme les technologies de corrélation d'images numérique en 3D (3D-DIC), la micro-CT et les analyse par la méthode des éléments finis (MEF). Nous planifions de réaliser des simulations numériques par MEF calibrées par les champs de déplacement obtenus par 3D-DIC. L'étalonnage est une étape importante dans le développement de modèles numériques représentatifs des structures physiques. La géométrie initiale du modèle sera remplacée par celle mesurée par 3D-DIC. Cette approche permettra de prédire l'initiation des dommages qui se développent aux premiers stades de chargement et affaiblissent par la suite la résistance du joint. Elle permettra de mieux comprendre le comportement mécanique du joint et d'optimiser la conception des paramètres de serrage, tels que l'ajustement boulon/trous, les jeux, interférences, précharges et le rôle du frottement. La combinaison des techniques 3D-DIC et micro-CT permettra d'identifier et d'évaluer les mécanismes d'endommagement des joints JB, JC et HBC soumis à des chargements cycliques. L'optimisation des assemblages de structures composites a des retombées notamment dans les secteurs automobile et aéronautique, qui sont très concernés par la lutte contre le réchauffement climatique. Des assemblages optimisés se traduisent nécessairement par des réductions de poids et un allongement de la durée de vie (durabilité) de la structure.