E3 Interface de renforcement de matrice

Topique

Dans ce modèle, la qualité de l'adhérence entre la matrice et le renfort de ce composite détermine l'efficacité du transfert de charge entre les deux constituants. Cette qualité d'adhérence est mesurée par la résistance au cisaillement interfaciale. Selon le modèle de Kelly-Tyson, une résistance au cisaillement interfaciale plus ou moins élevée induit une longueur critique de fibre différente.

Lorsqu'on soumet ce composite à une charge, celle-ci est transférée de la matrice à chaque fibre de renfort par une contrainte de cisaillement agissant à l'interface, sur toute la longueur de la fibre. Plus la portion de fibre soumise à cette contrainte de cisaillement est longue, plus la charge transférée à la fibre est importante. Une résistance au cisaillement interfaciale élevée rend ce transfert de charge plus efficace par unité de longueur et, par conséquent, la longueur critique de fibre nécessaire pour transférer la charge maximale que la fibre peut supporter est plus courte. À l'inverse, une résistance au cisaillement interfaciale plus faible requiert une longueur critique de fibre plus importante pour obtenir le même transfert de charge complet.

Si la longueur d'une fibre donnée est supérieure ou égale à la longueur critique, elle est considérée comme longue : la fibre atteint sa résistance à la traction maximale dans sa partie centrale, avant même la rupture de l'interface à ses extrémités, et transmet donc intégralement la charge. Dans ce cas, pour le renforcement du composite, la fibre se comporte comme si elle était continue.

En revanche, si la longueur d'une fibre est inférieure à la longueur critique, l'effet inverse se produit : la fibre est trop courte pour accumuler, par contrainte de cisaillement interfaciale, la charge nécessaire pour atteindre sa résistance à la traction maximale, et un décollement se produit avant la rupture de la fibre. Si cette fibre est plus courte que la longueur critique, la liaison entre la fibre et la matrice se rompt avant que la fibre n'atteigne sa capacité portante maximale.

Ainsi, ce modèle, avec sa résistance au cisaillement interfaciale et sa longueur critique à la rupture, est lié à un autre modèle de cet ensemble, celui qui décrit le mécanisme physique de cisaillement différé régissant en détail le même transfert de charge entre la matrice et la fibre. Le fait que ce modèle prédise une longueur de fibre critique spécifique permet à un autre modèle de cet ensemble de la vérifier expérimentalement en comparant la longueur d'arrachement moyenne observée sur la surface de fracture avec cette même longueur de fibre critique.

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