Étude par photoélasticité d'un composite modèle monofilamataire en traction et en compression

(Reçu le 13 avril 1995, révisé le 21 décembre 1995, accepté le 19 janvier 1996)

Abstract
Failure fiber phenomena of single carbon fiber embedded in an epoxy polymer have been studied in the tensile and compressive modes. Experiments have been conducted with a 7  m diameter carbon fiber but also with a greater diameter fiber (49  m) in order to characterize the interfacial stress. The kinetics of fibre failure have been determined. The fragmentation gap is smaller in the compressive mode than in the tensile mode. In the tensile mode: breaks with or without decohesion have been observed and analysed. Iso-stress shear fringes and fiber/matrix interfacial evolutions (decohesion length, fiber debonded length, stability), of a fiber filament have been determined. The surface friction of the decohesion zone is too low to operate a charge transfert when the deformation is upper 3%. The critical length , corresponding to the minimal length fragment which can be loaded until the failure, is strongly influenced by the decohesion. In the compressive mode: owing to thermal preparation conditions, microbuckling plays an important role because the fractures of the fiber are not, as in the tensile mode, associated with the fiber defects, but seem to be initially derived from particular points generated by the microbuckling. The failures occur preferentially at the extremities of the sinusoide where both tensile and compressive fibres are present. The interface is not the place where the strongest shear stress occurs.

Résumé
Les phénomènes de rupture en mode de traction et de compression dans des composites monofilamentaires carbone/époxydes ont été étudiés par photoélasticité. Les espériences ont été réalisées avec des fibres de carbone de 7 microns de diamètre mais aussi avec des fibres de diamètre plus élevé (49  m) afin de mieux caractériser le comportement des contraintes à l'interface. Nous avons déterminé la cinétique de rupture. L'intervalle de fragmentation est nettement plus réduit en mode compression que celui obtenu en mode traction. En mode traction : les cas de rupture sans décohésion et avec décohésion ont été mis en évidence et discutés. Le réseau de franges des isocontraintes en cisaillement et les évolutions de l'interface fibre-matrice (longueur de décohésion, longueur de rechargement, stabilité), d'un brin de fibre ont été déterminés. La surface de friction de la zone de décohésion est rapidement insuffisante pour jouer un rôle de transfert de charge lorsque la déformation globale dépasse 3 %. La longueur critique qui correspond à la longueur minimale d'un brin de fibre pouvant être rechargé jusqu'à la rupture, est fortement influencée par la décohésion. En mode compression : l'apparition d'un microflambage de la fibre dû aux conditions thermiques de préparation joue un rôle important, puisque les ruptures de la fibre n'apparaissent pas comme en traction aux défauts de la fibre, mais semblent provenir dans un premier temps des points particuliers engendrés par ce microflambage. Les ruptures interviennent préférentiellement aux ventres de la sinusoïde où la dualité traction-compression est présente. L'interface n'est pas l'objet des plus fortes contraintes en cisaillement.