enduits de façade auto-renforcés les possibilités au 3sr présentation 3sr possibilités...
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Enduits de façade auto-renforcés
Les possibilités au 3SR
• Présentation 3SR• Possibilités expérimentales• Possibilités en modélisation
FédéRAMS – Laboratoire 3SR
• 38 chercheurs et enseignants-chercheurs permanents
• Expertise• Comportement à la ruine
(non linéarités, endommagement, instabilités, localisation, sollicitations extrêmes,…)
• Couplages, transferts• Mécanique des interfaces• Etudes mathématiques en mécanique
(homogénéisation, milieux enrichis,…)
• Méthodes numériques (MEF, MED,…)
• Méthodes expérimentales multiphysiques et à plusieurs échelles• Milieux complexes
(granulaires, poreux, enchevétrés, biomatériaux, matériaux du vivant,…)
• Ouvrages (Analyse in situ, Simulation physique, Simulation numérique,…..)
Laboratoire Sols-Solides-Structures-Risques (3SR) Mécanique des solides et systèmes complexesGéomécanique et Risques Environnementaux
FédéRAMS – Laboratoire 3SR
• 2 Pr UJF: D. Favier & C. Geindreau + 1 Pr. Émérite : J.-L. Auriault
• 1 MCf UJF: G. Chagnon
• 1 CR1 CNRS: L. Orgéas
• 2 Postdocs
• 9 Doctorants, école doctorale “Mécanique & Energétique”
• Chercheur et enseignants-chercheurs permanents
• Chercheurs non permanents (en cours)
Équipe MC2MH Mécanique & Couplages Multiphysiques dans les Milieux Hétérogènes
Thèmes de recherche
• Milieux hétérogènes• Matériaux industriels : composites à fibres, papiers
• Matériaux naturels : sols, matière vivante
• Biomatériaux : alliage à mémoire de forme NiTi, élastomères, membranes osmotiques, muscles artificiels
• Couplages multiphysiques • Transferts dans les milieux poreux déformables
• Propagation d’ondes
• Changements de phase solide/liquide, solide/solide
Équipe MC2MH Mécanique & Couplages Multiphysiques dans les Milieux Hétérogènes
FédéRAMS – Laboratoire 3SR
Enduits de façade auto-renforcés
Les possibilités au 3SR Partie expérimentale
• Microtomograhie RX• Mesure de champs locaux• Rhéométrie
Partie expérimentale
Analyse des microstructures - Microtomographie RX
Exemple : échantillon de composite fibreux avec charges minérales (SMC, 40% de CaCO3 + 30% fibres de verre + Resine polyester)
e3
e1
e2
10 m
m7mm
(c)e3
e1
e2
(a)
10 m
m
7mm
Distribution et taille des pores Distribution et orientation des fibres
Partie expérimentale
Analyse des microstructures - Microtomographie RX
Pourquoi ?
– Porosité, orientation et distribution du renfort fibreux
a) Génie matériaux – mise au point de l’enduitb) Corrélation avec propriétés effectives
(perméabilité, conductivité, élasticité,…)
- Essais mécaniques in situ (compression, flexion…)
a) Analyse des mécanismes d’endommagement locauxb) Corrélation avec endommagement macro
Partie expérimentale
Analyse des microstructures - Microtomographie RX
Les outils
– Un microtomographe de laboratoire au MATEIS (opérationnel)
– Un microtomographe de laboratoire au 3SR (en place dans l’année)
– Possibilité de travailler à l’ESRF
Tester la faisabilité dans les mois qui viennent
Partie expérimentale
Mesure de champs cinématiques lors des essais mécaniques
Les outils– Une caméra visible CCD (12801024 pixels, 25Hz) + optique– Un logiciel de corrélation d’images (7D, P. Vacher, Annecy)
Principe– Filmer la zone utile d’un échantillon au cours de l’essai– Calculer les champs de déplacement et de déformation locaux
Pourquoi ?a) Analyse des propriétés élastiques localesb) Analyse des mécanismes d’endommagement
locaux
Partie expérimentale
Mesure de champs cinématiques lors des essais mécaniques
Premier test faisabilité sur enduit renforcé (1%) en flexion 4 points
10 mm
Partie expérimentale
Mesure de champs cinémtiques lors des essais mécaniques
a) Analyse des propriétés élastiques locales
Etat initial
Déformation dans zone « élastique »
Zone de corrélation
Déformation de flexion 11
e3
e1
Système pas assez précis!Nécessité d’une caméra plus fine
(achat prévu lors de la thèse)
Partie expérimentale
Mesure de champs lors des essais mécaniques
b) Analyse des mécanismes d’endommagement locaux
Etat initial
Déformation dans zone « inélastique »
Zone de corrélation
Déformation de flexion 11
e3
e1
Pas de fissure observée à l’œil, Endommagement local détecté
A poursuivre…
Partie expérimentale
Rhéologie de l’enduit à l’état frais
La problématique
– Enduit = suspension granulaire très concentréeRhéologie complexe, non-NewtonienneDifficile à caractériser (glissement aux parois)
– Renforts fibreux de 5 à 15mmRhéomètres traditionnels inutilisablesMicrostructures évolutives
– Plage de vitesses de sollicitation très grande (enduit en pose et posé)10-4 s-1 < vitesses de cisaillement < 103 s-1
– Sollicitations variées : élongation et cisaillement
– Evolution des propriétés avec le tempsTransition fluide-solide
Partie expérimentale
Rhéologie de l’enduit à l’état frais
Les outils envisagés
– Rhéomètres de grandes tailles
Compression SimpleCompression Plane
300 mm
300
mm
80 mm
Cisaillement Simple
300 mm
A développer lors de la thèseGlissement par lubrification
20 m
m
Partie expérimentale
Rhéologie de l’enduit à l’état frais
Exemple : Rhéomètre compression plane
e1
e2
e3
Axial load cell F3
Lateral load cells F2
Sample
v3
5-1
0 m
m
280mm
80mm
CCD Camera 12801024 pixels
25Hz
Partie expérimentale
Rhéologie de l’enduit à l’état frais
Exemple : Compression plane d’un composite à matrice transparente chargé de fibre de verre
Partie expérimentale
Rhéologie de l’enduit à l’état frais
Faisabilité en compression simple sur enduit renforcé (1% de fibres)
Assez bonne homogénéité de la déformation Essais envisageables
Partie expérimentale
Rhéologie de l’enduit à l’état frais
Quelques tendances préliminaires, A CONFIRMER
a) Influence de la vitesse de déformation
Assez peu d’influenceFluide essentiellement
plastique ?
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
33
s33
(M
Pa
)
0.01/s
0.1/s
0.3/s
Partie expérimentale
Rhéologie de l’enduit à l’état frais
Quelques tendances préliminaires, A CONFIRMER
b) Influence du temps d’attente
Très forte influence, épaississement
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
33
s33
(M
Pa
)
Etat frais
Etat frais + 30 min
Etat frais + 1h 15 min
Enduits de façade auto-renforcés
Les possibilités au 3SR Partie modélisation
• Calculs de microstructures
• Approche discrète• Approche continue
Partie modélisation
Calculs de microstructures
Pourquoi ?– Etude des propriétés rhéologiques à l’état frais (visco-plasticité)– Etude des propriétés physiques et mécaniques à l’état solide
(perméabilité, conductivité, thermo-hygro-élasticité)
Principe– Simuler des chargements thermomécaniques sur des
Volumes Elémentaires Représentatifs des microstructures– Prise de moyennes pour en déduire les propriétés effectives
Les outils ?a) Rhéologie : approche discrèteb) Propriétés à l’état solide : approche continue
Partie Modélisation
Calculs de microstructuresa) Rhéologie – Approche discrète
Hypothèse : Enduit = « tas de cailloux et de fibres » lubrifiés en
contact
Modélisation par approche discrète
Exemple des composites fibreux SMC, vus comme des« tas de fibres enchevêtrées » reliées par des liaisons visqueuses
Volume Elémentaire Représentatif d’un SMC idéalisé
Partie Modélisation
=> Etude des couplages rhéologie / microstructure
Calculs de microstructuresa) Rhéologie – Approche discrète
Exemple : déformation d’un SMC en élongation (vue de dessus)
Partie Modélisation
Calculs de microstructuresb) Propriétés physiques à l’état solide – Approche continue
1) Construire des VER soit par processus purement numériquesoit à partir de microtomographies
2) Calculs numériques sur ces VER
Exemple : simulation d’écoulement à partir de cliché 3D de microtomographiepour calcul de perméabilité dans un papier