Introduction à la science des matériaux/Les matériaux sandwichs

Introduction

Matériaux sandwich cadre

Un matériau sandwich est un matériau constitué d'un cœur, généralement léger et ayant de faibles caractéristiques mécaniques, pris en sandwich (d'où le nom du matériau) entre deux peaux faites d'un matériaux ayant de fortes caractéristiques mécaniques. Les peaux minces rigides et résistantes sont collées sur un cœur fait d'un matériaux tendre et léger. Les matériaux sandwichs ont ainsi une très bonne résistance à la flexion et une très grande légèreté. Il faut cependant que:
​ $100\ge \frac{epaisseu{r}_{coeur}}{epaisseu{r}_{peau}}\ge 10$

Les matériaux utilisés

Peaux	Cœur
Métaux(aluminium, acier, ...)	Matériaux expansés (mousses)
Stratifiés (carbones/époxy, verre/polyesther)	Plaques nervurées en métal ou stratifié
Contreplaqué	Planche de bois
Thermoplastique	Nid d'abeille en papier aramidique imprégné de résine (Nomex)
Ciment	Aluminium déployé (nid d'abeille)
	Nid d'abeille en thermoplastique (PP/PA)

Qualités et défauts

Les matériaux composite ont une grande rigidité surtout à la flexion du fait d'une augmentation du moment quadratique de flexion. On a également d'excellentes caractéristiques d'isolation thermique. Cependant, leurs faible taux d'amortissement leurs confère une mauvaise isolation acoustique. Il y a aussi un risque de flambement mécanique.

Masses comparées

Comparaison de la masse de différent matériaux pour une flexion identique et comparaison du prix de différent matériaux sandwich

Matériaux	Masses	Prix
tôle d'acier	10
tôle d'aluminium	10
Contreplaqué de hêtre	5
sandwich nid d'abeille peau d'aluminium	1	1
sandwich nid d'abeille peau composite verre	1,12	1
sandwich nid d'abeille peau composite kevlar	0,86	1,57
sandwich nid d'abeille peau composite carbonne	0,60	2,42

Fabrication

L'assemblage des peaux et du cœur est réalisé par collage avec des adhésifs de synthèse de type époxy ou polyester. La qualité du collage est fondamentale pour les performances et la durée de vie de la pièce. Ainsi l'adhésif doit avoir une épaisseur comprise entre 25 et 200 microns.

Contraintes et déplacements

On émet des hypothèse simplifié: -La peau supérieur est sollicité en compression. -La peau inférieur est sollicité en traction. -Le cœur est sollicité en cisaillement. Les contraintes normales σ sont supposées localisées dans la peau. Les contraintes de cisaillement τ sont supposées localisées dans le cœur. D'où
​ $\sigma =\frac{M}{l.e_p.e_c}$
​ et
​ $\tau =\frac{T}{l.e_c}$

Notes

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