Mise en place d’un assemblage de référence

Mise en place d’un assemblage de référence

Avant toute chose, il faut bien comprendre qu’un dimensionnement donne des épaisseurs idéales, mais que ces dimensions ne sont pas forcément disponibles à l’achat. Pour des raisons pratiques, nous nous sommes fixé une épaisseur maximum de face arrière à 300 µm (car cette épaisseur est disponible aisément) ainsi qu’une dimension de face avant au moins égale à 1 mm pour éviter que les plaques se déforment pendant leur manipulation. Il s’agit ici de dimensionner l’épaisseur de l’adhésif et de confirmer que les disponibilités matériaux ne pénalisent pas l’expérience. Pour simplifier la vérification de la configuration, et comprendre le phénomène dans son ensemble, des estimations seront faites en approximation de choc faible (approximation acoustique). Il s’agit de considérer les matériaux comme élastiques, sans prise en compte de phénomène de plasticité ou de viscosité (dans un premier temps). De même, on retiendra les paramètres d’un aluminium de type 2024 avec des paramètres disponibles aisément dans la littérature. Cette première approche a pour but de comprendre le trajet des ondes dans le matériau et leurs interactions afin de prévoir les états de traction induits pour mettre en œuvre le procédé LASAT, mais aussi anticiper les ondes qui pourraient éventuellement perturber le procédé. Au passage d’une interface entre deux matériaux aux propriétés différentes, les ondes se divisent en une partie transmise et une partie réfléchie. Chacun de ces évènements aux interfaces est susceptible de créer de nouvelles ondes de traction ou de compression. Il faut donc s’arranger pour favoriser uniquement les ondes utiles : les premiers états de traction qui partent de la face arrière pour arriver sur l’interface. Tout d’abord, un bilan des ondes et de leurs parcours respectifs s’impose. Pour cela, une simulation élastique unidimensionnelle a été réalisée à l’aide d’un code éléments finis. On a ainsi une vue d’ensemble de la propagation des ondes et la possibilité de classer les ondes. Ces simulations ont été réalisées avec les paramètres matériaux présentés tableau 4.1, et le diagramme de marche est présenté sur la figure 4.1. Dans le cas d’étude présenté sur la figure 4.1 on peut observer trois chemins possibles explicités dans le tableau 4.2, dont un seul (le chemin 3) est à même de solliciter l’interface en traction. Les autres chemins créent un état de compression. Pour obtenir un état de traction à la seconde interface, il faut donc dimensionner les épaisseurs de sorte que l’onde de détente parcourant le chemin 3 arrive en premier. 

Vérification de l’assemblage à l’aide des lois de comportement identifiées

Afin de valider numériquement le comportement de l’assemblage sous choc, une simulation a été réalisée avec le code Abaqus en prenant en compte la viscoplasticité de l’aluminium ainsi que la viscoélasticité de l’adhésif. De plus, cette simulation a été réalisée en 2D axisymétrique avec comme donnée d’entrée le profil de pression estimé au chapitre 2. Le but ici est de déterminer la limite de validité du modèle et en particulier le comportement des ondes transverse. L’assemblage est alors modélisé et maillé de la fa¸con présentée en figure 4.2. Le profil estimé au Chapitre 2 est utilisé comme condition d’entrée. La taille de maille est de 10µm dans l’aluminium et de 5µm dans l’adhésif. Ce calcul par méthode des éléments finis montre que les effets 2D axisymétrique finissent par agir sur l’état de contrainte, mais que le premier état de traction est peu influencé par les ondes transverses. Les ondes transverses ont tendance à amortir la détente du premier pic.On constate aussi qu’à partir de 1.5 µs l’état de contrainte tend à s’homogénéiser et un autre état de traction apparaˆıt sur l’interface basse. La pression de celui-ci est légèrement plus faible en moyenne, mais il dure plus longtemps que le premier état de traction issu de la première réflexion en face arrière. La suite du chapitre consistera à vérifier expérimentalement la validité du modèle. 

Vérifications expérimentales 

Paramètres expérimentaux 

Cet assemblage a été testé avec trois adhésifs différents : — Un adhésif méthacrylate bi-composant SAF30/45 dédié à des applications navales et aéronautiques ; — Un adhésif méthacrylate bi composant Lord 410-71 dédiées à des applications navales ; — Un adhésif époxy bi composant Araldite 2012. Le choix de ces adhésifs, et les raisons qui ont orienté ce choix sont présentés au chapitre 5. Les échantillons ont été réalisés sous forme de plaque d’au moins 50×100 mm2 et jusqu’à 400×200 mm2 . Le choc a été réalisé avec des taches focales de 3.5 mm de diamètre et un confinement de l’ablation par eau. Différentes fluences ont été utilisées, de 30% à 90% de l’énergie maximale du laser. Les vitesses en face arrière ont été systématiquement mesurées à l’aide d’une sonde VH. La partie suivante développera principalement les résultats sur la colle SAF 30/45 qui, malgré les contraintes de mise en place, donne une vue d’ensemble satisfaisante des types d’endommagements existants après choc laser. En ce qui concerne la LORD 410-17, aucun échantillon n’a pu être endommagé en raison de sa trop forte adhésion sous ce type de sollicitation.

Protocole de collage 

Le collage consiste en trois étapes : la préparation de la surface de collage, le mélange des composants de la colle, la mise en place et la polymérisation. 

 Mesures de vitesse en face arrière

 L’étude s’est d’abord focalisée sur la sollicitation des assemblages aluminium/SAF/aluminium. Ces assemblages ont en effet présenté une reproductibilité intéressante vis-à-vis du seuil d’endommagement à l’interface. Les profils de vitesse mesurés sont reproductibles, comme on peut le voir sur les figures 4.4 à 4.12. Les signaux en figures 4.4, 4.5, 4.6 et 4.8 présentent des pics de vitesse au tout début de la montée en pression. Ces singularités n’ont pas de sens physiques et sont en réalité dues à l’interpolation de points parasites sur le spectrogramme. Ils ne gênent cependant en rien l’interprétation du signal. La reproductibilité entre chaque tir à différentes énergies laser est aussi acceptable comme on peut le constater sur les figures 4.13 et 4.14. Ces figures présentent une morphologie commune des signaux : la vitesse de surface libre est quasi nulle avant le débouché du choc, montrant que le bruit de mesure reste faible. Au débouché du choc (vers 0.5 µm) la vitesse augmente avec une accélération maximale pour atteindre plusieurs dizaines de m/s en quelques ns. Puis, s’en suit une série de petits pics qui correspondent au débouché des ondes qui se réverbèrent dans les épaisseurs des matériaux constituant la cible. On peut les identifier à partir de la pseudo-période égale à l’épaisseur divisée par la vitesse du son du matériau constituant la couche d’aluminium de la face arrière. Même si ces signaux sont globalement similaires, à partir de 80% Emax (et systématiquement à partir de 90% Emax) un pic supplémentaire apparaˆıt vers 700 ns. De même, le pic suivant est proportionnellement moins élevé que prévu, phénomènes clairement observables en figure 4.14. Ce pic et ce changement de comportement correspondent vraisemblablement à un type d’endommagement particulier. Même si l’endommagement n’est pas systématiquement décelable sur les vitesses en face arrière (les premières fissures apparaissent à partir de 40% Emax), un motif d’endommagement semble se démarquer à partir de 80% Emax. Celui-ci présente des endommagements obliques assez caractéristiques avec une fissure cohésive.