COMPORTEMENT MÉCANIQUE DES PLAQUES COMPOSITES HYBRIDES RENFORCÉES AVEC DES PLIS EN NANOTUBE DE CARBONE MONO-FEUILLETS

Abstract

Au vu des récents signes de développement dans le domaine des matériaux composites, des progrès rapides sont réalisés dans l'utilisation des matériaux à l'échelle nanométrique tels que les plaquettes de Graphène (PLGs) et les nanotubes de carbone (NTCs) comme renfort pour but de développer des nanocomposites à haute résistance, légères et multifonctionnelles. Plus récemment, un nouveau type de matériau nanocomposite est apparu. Ce dernier est défini sous le nom de nanocomposite renforcé par des nanocharges à base de carbone fonctionnellement graduée. Le concept de cette nouvelle marque de nanocomposites est basé sur la dispersion des nano-renforts (NTC ou PLG) dans une matrice polymère à travers l'épaisseur des structures (plaques, coques ou poutres), soit de manière uniforme, ou fonctionnellement graduée (non-uniforme). La plupart des recherches se sont concentrées sur la forme linéaire de la distribution des nanocharges, ce qui peut conduire à une prédiction numérique imprécise en raison de l'incertitude dans les distributions des nano-renforts ou en d'autres termes, l'incertitude causée par la déviation de distribution de nano-renfort par rapport à la forme linéaire idéale pendant le processus de fabrication. De plus, étudier uniquement la distribution linéaire du nano-renfort peut conduire à une limitation dans l'amélioration des performances des structures nanocomposites à base de carbone. Dans ce contexte, le présent travail se focalise sur le comportement vibratoire des plaques nanocomposite renforcées par des nanocharges à base de carbone, en tenant compte à la fois des formes linéaire et no-linéaire de distribution des nano-renforts. Trois types distincts de plaques nanocomposite sont considérés dans cette étude ; (i) composite multicouche renforcé par des nanotubes de carbone (CRNTC) fonctionnellement gradué, (ii) composite multicouche renforcé par des plaquettes de Graphene (CRPLG) fonctionnellement gradué, et (iii) plaques stratifiées hybrides contenant des plis renforcés par des nanotubes de carbone fonctionnellement gradué. Les équations constitutives de la plaque sont obtenues en utilisant la théorie du cisaillement du premier ordre. La loi de mélange est utilisée pour calculer le module d'élasticité effectif pour la plaque composite renforcé par les nanotubes de carbone, tandis que pour la plaque composite renforcée par les plaquettes de Graphene. Le modèle micromécanique Halpin-Tsai est utilisé, cependant, la masse volumique et le coefficient de Poisson sont déterminés en utilisant la loi de mélange pour les deux types de plaques nanocomposites. La précision de cette modélisation est validée avec celles rapportées dans la littérature. Par la suite, une étude paramétrique détaillée a été réalisée en se concentrant sur l'effet (i) du nombre total de sous-couches, (ii) de la fraction volumique des nanocharges et leurs types de distribution, (iii) de la géométrie de la plaque, (iv (de la configuration des plaques stratifiées, (v) du nombre de plis, et (vi) des conditions aux limites sur la réponse vibratoire des plaques nanocomposites multicouches et stratifiées renforcées par des nano-renforts fonctionnellement gradué. Les résultats ont révélé que le passage de la distribution uniforme à celle non-uniforme en utilisant un modèle qu’on a proposé, peut considérablement augmenter ou diminuer la rigidité effective des plaques nanocomposites. De plus, quelques remarques finales sur la configuration de la plaque stratifiée et la forme de distribution des nano-renforts sont présentées afin de fournir une observation utile sur les critères de conception des plaques nanocomposites stratifiées.