Analyse mésoscopique du comportement mécanique des renforts tissés de composites utilisant la tomographie aux rayons X PDF Download
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Author: Pierre Badel (Biomécanien).)
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Languages : fr
Pages : 149
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Book Description
La mise en forme de renforts tissés de composites par le procédé RTM mène à des déformations importantes, en particulier pour les géométries à double courbure. La connaissance du comportement mécanique des renforts et de leurs géométries mésoscopiques déformées est nécessaire dans de multiples applications. Une analyse mécanique à l’échelle mésoscopique des déformations de renforts tissés est proposée. Elle inclue un modèle de comportement hypo-élastique continu, isotrope transverse, spécifique au comportement d’une mèche. La dérivée objective associée est basée sur la rotation de la direction des fibres. Dans le plan transverse aux fibres, les contributions sphériques et déviatoriques sont découplées. La tomographie aux rayons X est utilisée pour obtenir les géométries expérimentales non déformées et déformées des renforts tissés. Les simulations réalisées sur un volume élémentaire représentatif sont validées à la fois à partir d’essais mécaniques et de ces images de tomographie
Author: Pierre Badel (Biomécanien).)
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Languages : fr
Pages : 149
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La mise en forme de renforts tissés de composites par le procédé RTM mène à des déformations importantes, en particulier pour les géométries à double courbure. La connaissance du comportement mécanique des renforts et de leurs géométries mésoscopiques déformées est nécessaire dans de multiples applications. Une analyse mécanique à l’échelle mésoscopique des déformations de renforts tissés est proposée. Elle inclue un modèle de comportement hypo-élastique continu, isotrope transverse, spécifique au comportement d’une mèche. La dérivée objective associée est basée sur la rotation de la direction des fibres. Dans le plan transverse aux fibres, les contributions sphériques et déviatoriques sont découplées. La tomographie aux rayons X est utilisée pour obtenir les géométries expérimentales non déformées et déformées des renforts tissés. Les simulations réalisées sur un volume élémentaire représentatif sont validées à la fois à partir d’essais mécaniques et de ces images de tomographie
Author: Meriem Bounasser
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Languages : fr
Pages : 135
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Book Description
L'utilisation des composites à renforts fibreux est en continuelle croissance dans plusieurs domaines, tels que les industries aérospatiales, les transports et le génie civil. Cela est dû principalement à leur excellent ratio légèreté/performances. Les structures tressées font partie des structures textiles utilisées comme renforts pour les composites. Leur procédé de fabrication permet la réalisation de formes complexes et de géométries très variées. Cependant, les nombreux paramètres présents tant au niveau des matières utilisées qu'au niveau des procédés de mise en œuvre impliquent la nécessité de bien maitriser la technologie du tressage afin d'optimiser les paramètres de fabrication et de prédire le comportement final de ces structures de renfort. Ce projet de recherche constitue une étude des paramètres de tressage et du comportement mécanique des structures tressées. Cette étude comporte une partie expérimentale et une partie numérique. Dans la partie expérimentale, plusieurs renforts tressés tubulaires en fibre de carbone sont fabriqués à l'aide d'une machine de tressage radiale 2D couplée à un robot six axes. Des composites à base de ces renforts sont ensuite élaborés par le procédé RTM. Plusieurs essais expérimentaux sont réalisés pour caractériser le comportement des renforts secs et leurs composites afin de pouvoir évaluer l'influence des paramètres géométriques, comme l'angle de tressage, le diamètre de la tresse et le type de la tresse (biaxiale ou triaxiale), sur les propriétés mécaniques des tresses tubulaires. Dans la partie numérique de l'étude, la microtomographie aux rayons X est utilisée pour obtenir le modèle géométrique des renforts tressés. Une analyse par élément finis à l'échelle mésoscopique est réalisée en utilisant une loi de comportement hypoélastique implémentée dans Abaqus/Explicit à l'aide d'une subroutine Vumat.
Author: Naïm Naouar
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Languages : fr
Pages : 0
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La simulation à l'échelle mésoscopique de la déformation des renforts composites fournit des informations importantes. En particulier, elle donne la direction et la densité de fibres qui conditionne la perméabilité du renfort textile et les propriétés mécaniques du composite final. Ces analyses mésoscopiques par éléments finis dépendent fortement de la qualité de la géométrie initiale du modèle. Certains logiciels ont été développés pour décrire ces géométries de renforts composites. Mais, les géométries obtenues impliquent une simplification (notamment dans la section transversale de mèche) qui peut perturber le calcul de déformation du renfort. Le présent travail présente une méthode directe utilisant la microtomographie à rayon X pour générer des modèles éléments finis, basée sur la géométrie réelle de l'armure textile. Le modèle EF peut être obtenu pour tout type de renfort, plus ou moins complexe. Les problèmes d'interpénétrations de mèches sont évités. Ces modèles sont utilisés avec deux lois de comportement : une loi hypoélastique et une loi hyperélastique. Les propriétés de chacune d'entre elles, ainsi que les grandeurs caractéristiques nécessaires à leur implémentation dans le logiciel ABAQUS sont développées. Enfin, une identification des paramètres matériau à l'aide d'une méthode inverse est proposée. Les résultats obtenus pour les simulations de mise en forme sont comparés avec les résultats expérimentaux et montrent une bonne correspondance entre les deux.
Author: Sébastien Gatouillat
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Languages : fr
Pages : 127
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La simulation de la mise en forme des renforts tissés permet d'étudier les conditions de faisabilité d'une telle opération en limitant les essais expérimentaux et donc les coûts de développement. La simulation permet d'accéder à des informations telles que la position des fibres après formage et leur état de déformation ainsi que de prédire l'apparition de défauts (plissements, détissages, rupture de fibres/mèches). La définition du comportement mécanique des tissus, nécessaire à ces simulations, peut se faire à différentes échelles. Seuls les modèles définis à l'échelle macroscopique permettent à l'heure actuelle d'effectuer ce type de simulations. Les modèles aux échelles inférieures permettent alors de définir le comportement macroscopique d'un renfort à partir de l'assemblage de ses constituants élémentaires. Le passage méso/macro (ou micro/macro) s'accompagne dans ce cas d'une perte d'information liée au passage d'une description discrète à une description continue. Le modèle que nous proposons consiste en une description à l'échelle mésoscopique des renforts permettant la simulation de pièces à l'échelle macroscopique. Cela est rendu possible par une simplification de la description mésoscopique grâce l'utilisation d'éléments de coques. Un modèle de comportement hypoélastique spécifique à la mèche est alors considéré. En particulier, la direction des fibres est strictement suivie et un comportement élastique non linéaire permettant de prendre en compte la compaction transverse est défini. L'identification et la validation du modèle sont effectuées grâce aux essais usuels de caractérisation des renforts. Outre le fait de décrire correctement le comportement en cisaillement des tissus, le modèle permet de prédire les plissements et les détissages de mèches. Des simulations de mise en forme illustrent ces capacités
Author: Aurélien Doitrand
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Languages : fr
Pages : 0
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Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre de la modélisation multi-échelle des matériaux composites à renfort tissé dans le but de prévoir leur comportement mécanique et leur tenue. Les objectifs de cette étude sont de caractériser et de modéliser de manière discrète les mécanismes d'endommagement à l'échelle mésoscopique (échelle du renfort de fibres) afin d'évaluer leur influence sur le comportement mécanique macroscopique des matériaux composites tissés. La démarche adoptée consiste tout d'abord à caractériser expérimentalement les mécanismes d'endommagement d'un matériau composite tissé à renfort de fibres de verre et matrice époxy. Les mécanismes observés sont des fissures intra-toron et des décohésions inter-torons en pointe de fissure. Afin de modéliser ces mécanismes d'endommagement, une géométrie représentative du composite, obtenue par simulation du procédé de compaction du renfort, et un maillage conforme de cette géométrie sont choisis. Les fissures et les décohésions sont modélisées de manière discrète dans le maillage à éléments finis de la cellule élémentaire représentative du composite. L'amorçage des endommagements dans le composite est déterminé en utilisant un critère couplant une condition en contrainte et une condition en énergie. La propagation de ces endommagements dans le matériau est évaluée à l'aide d'une approche basée sur la mécanique de la rupture incrémentale. L'approche proposée permet de prévoir l'amorçage et la propagation des endommagements en prenant en compte les possibles couplages entre les endommagements, et de faire le lien entre les endommagements observés à l'échelle mésoscopique et le comportement mécanique macroscopique du matériau.
Author: Gilles Hivet
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Languages : fr
Pages : 292
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Le comportement mécanique des renforts de composites tissés secs est très spécifique. La particularité de ces matériaux est que la rigidité de tension est prépondérante par rapport aux autres. L'entrelacement des mèches au sein du tissu impose que l'état de tension-déformation dans une direction dépend de celui de la direction transverse. Cette étude propose une représentation de ce comportement sous forme de surfaces à partir d'expériences réalisées antérieurement. Afin d'identifier analytiquement la géométrie et les surfaces de comportement, un modèle mésoscopique géométriquement cohérent et développé. Les surfaces de comportement obtenues sont implémentées dans un élément fini spécifique de tissé, afin de réaliser des simulations d'emboutissage. Enfin, une technique expérimentale est présentée : la mesure optique par corrélation d'images numériques. Bien qu'encore en développement, des propriétés importantes des renforts tissés sont déduites ou confirmées par ces mesures.
Author: KARINE.. BUET GAUTIER
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Languages : fr
Pages : 129
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LE PROCEDE R.T.M. (RESIN TRANSFER MOULDING) POUR LA FABRICATION DE COMPOSITES MINCES PERMET L'OBTENTION DE FORMES COMPLEXES ET NON DEVELOPPABLES. LA PREMIERE ETAPE CONSISTANT A EMBOUTIR UN TISSU SEC EST UNE PHASE DELICATE DANS LAQUELLE LES MECANISMES DE DEFORMATION MIS EN JEU SONT SPECIFIQUES AUX TISSES. LES DEFAUTS POUVANT SURVENIR ALTERENT LA QUALITE DES PIECES FINIES MAIS SONT PREVISIBLES D'APRES L'ETAT DE TENSION ET DE DEFORMATION DES MECHES PENDANT LA MISE EN FORME. NOTRE OBJECTIF EST DE CONSTRUIRE UN OUTIL CAPABLE DE PREDIRE LA FAISABILITE D'UNE TELLE OPERATION, UN TISSU ET DES OUTILS ETANT DONNES. UNE METHODE PAR ELEMENTS FINIS PERMET UNE APPROCHE MECANIQUE DU PROBLEME, CAPABLE DE DONNER L'ETAT DE TENSION/DEFORMATION DANS LE RENFORT, ET NECESSITE LA CONNAISSANCE DU COMPORTEMENT MECANIQUE DES TISSUS. CE DERNIER, SPECIFIQUE EN RAISON DE L'ABSENCE DE RESINE ET DU CARACTERE FILAIRE DES CONSTITUANTS, EST FONDAMENTALEMENT DIFFERENT DE CELUI DES MATERIAUX COMPOSITES. UN DISPOSITIF DE TRACTION BIAXIALE EST MIS AU POINT. DE CINEMATIQUE SIMPLE, IL PERMET DE MENER DES ESSAIS A RAPPORT DE DEFORMATIONS IMPOSE ET ANGLE FIXE ENTRE LES DEUX DIRECTIONS DE TISSAGE. CES TESTS CONDUISENT A DES RESULTATS QUANTITATIFS ET PERMETTENT DE METTRE EN EVIDENCE LES DIFFERENTS PHENOMENES EN JEU LORS DE LA DEFORMATION DU TISSU. DES COURBES TENSION/DEFORMATION, DEDUITES DE CES ESSAIS, SERVENT A L'IDENTIFICATION D'UN MODELE DE COMPORTEMENT DE LA MAILLE TISSEE. LES EFFETS DU TISSAGE ET LES CHANGEMENTS DE FORME DE LA SECTION DE LA MECHE AU COURS DE LA DEFORMATION SONT ESSENTIELS DANS L'ANALYSE DU COMPORTEMENT MECANIQUE GLOBAL. CES PHENOMENES MESOSCOPIQUES SONT PRIS EN COMPTE DANS LE MODELE. LES CONNAISSANCES EXPERIMENTALES ET LES MODELES SONT UTILISES POUR LA CONSTRUCTION D'UN OUTIL DE SIMULATION BASE SUR L'EMPLOI D'ELEMENTS FINIS SURFACIQUES 3D, SPECIFIQUES AUX TISSES. DES ESSAIS D'EMBOUTISSAGE SONT COMPARES AUX RESULTATS NUMERIQUES POUR EN DEMONTRER L'EFFICACITE.
Author: Romain Brault
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
De nombreuses études ont été menées sur les matériaux composites, concernant le comportement mécanique à l'échelle macroscopique. D'autre part, le développement continu des techniques de détection et de mesures de champs permet d'aller plus loin dans l'analyse des structures complexes, dont les matériaux composites. Ainsi, la corrélation volumique (DVC) basée sur des acquisitions de la structure interne à différents états de déformation, permet la mesure du champ des déplacements dans le volume des échantillons. Le gauchissement des sections dû aux contraintes de cisaillement transverse est un phénomène propre aux structures anisotropes comme les structures composites. De nombreuses études traitent du développement des modèles analytiques pour la modélisation numérique et la détermination des déplacements avec le plus de précision possible. Ainsi, de nombreux modèles existent, certains très complexes, pour la prise en compte de ce phénomène dans l'étude des structures multicouches. L'objectifs de ce travail doctoral est d'utiliser les mesures de champs issues de la corrélation volumique couplée à la tomographie rayons X, pour visualiser le gauchissement des sections pour un cas de sollicitation de flexion trois points. Une méthode de mesure ainsi qu'un système de chargement in-situ spécifique sont développés dans ce travail de recherche. Les modèles analytiques existants sont évalués et comparés à partir de mesures expérimentales. Aussi, un nouveau modèle est également proposé à partir d'une identification numérique, basée sur les mesures de champs volumiques réalisées. Les résultats de ce travail de thèse permettront une meilleure compréhension du phénomène physique rencontrés lors de l'utilisation des matériaux composites et pourront envisager des pistes d'optimisation de leur conception et de leur mise en œuvre.
Author: Jie Wang
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Languages : fr
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Book Description
L'étape de mise en forme dans le procédé RTM est importante car elle influence fortement le comportement mécanique du composite en service. Pour mieux prédire l'apparition de défauts éventuels des matériaux composites, les méthodes numériques sont de plus en plus développées compte tenu de la durée et du coût des essais. Déformations et orientations des mèches à l'échelle mésoscopiques sont essentielles pour simuler l'écoulement de la résine dans l'étape d'injection. Etant donné le nombre d'éléments et les interactions complexes, il est difficile d'effectuer les simulations de formage pour toute la pièce du renfort à l'échelle mésoscopique. La présente thèse consiste à développer une méthode multiéchelle qui permet de relier les simulations macroscopiques des renforts et les modélisations mésoscopiques de VER (volume élémentaire représentatif) lors de la mise en forme. D'abord, les simulations numériques macroscopiques pour trois renforts tissés différents sont réalisées à l'aide d'une loi de comportement hyperélastique, par la méthode des éléments finis avec un schéma explicite dynamique. Ensuite, les modélisations géométriques de VER à l'échelle mésoscopique sont reconstituées sur la base des images de tomographie X. Les champs de déplacements-déformations mésoscopiques des renforts tissés sont déterminés à partir des résultats macroscopiques et de la position des mèches. Pour prendre en compte les effets locaux de glissements des mèches, deux approches de simulations mésoscopiques de VER sont développées. Finalement, les résultats numériques mésoscopiques sont comparés avec ceux expérimentaux.
Author: Hichème Ferdjani
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Languages : fr
Pages : 208
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Book Description
L'OBJET DE CE TRAVAIL EST L'ANALYSE, PAR DES METHODES NUMERIQUES, DU COMPORTEMENT MECANIQUE DES COMPOSITES STRATIFIES A RENFORTS TISSUS. LA STRUCTURE INTERNE DE CES MATERIAUX HETEROGENES PRESENTANT UNE DISTRIBUTION SPATIALE PERIODIQUE, CETTE ANALYSE A ETE DEVELOPPEE DANS LE CADRE DE LA THEORIE DE L'HOMOGENEISATION DES MILIEUX PERIODIQUES, PAR L'APPLICATION DE LA METHODE DES MOYENNES. LA MISE EN UVRE DE CETTE METHODE NUMERIQUE A ETE EFFECTUEE PAR LA METHODE DES ELEMENTS FINIS, EN UTILISANT LE CODE DE CALCUL MODULEF. LES VALEURS DES COEFFICIENTS ELASTIQUES HOMOGENEISES DU COMPOSITE A RENFORTS TISSUS DU GRECO COMPORTEMENT MECANIQUE DES COMPOSITES A FIBRES ONT ETE CALCULEES ET COMPAREES AVEC LES DONNEES EXPERIMENTALES DISPONIBLES. L'INFLUENCE SUR CES VALEURS DE PLUSIEURS PARAMETRES GEOMETRIQUES, PHYSIQUES ET NUMERIQUES A ETE ANALYSEE. LA LIAISON ENTRE LES CONSTITUANTS DU MATERIAU A ETE D'ABORD SUPPOSEE PARFAITE, PUIS AFFAIBLIE PAR UN GLISSEMENT ELASTIQUE TANGENTIEL, INTRODUIT DANS LA MODELISATION NUMERIQUE PAR UN ELEMENT D'INTERFACE ADEQUAT; LES RESULTATS OBTENUS ONT ETE COMPARES AVEC CEUX D'UN STRATIFIE CROISE. POUR LA DETERMINATION DES REGIONS LES PLUS SOLLICITEES DE LA MICROSTRUCTURE, LES CHAMPS DES MICROCONTRAINTES DANS LE VOLUME DU COMPOSITE A RENFORTS TISSUS AINSI QUE LES EFFORTS D'INTERFACE MECHE-RESINE, ONT ETE CALCULES POUR DIFFERENTES ORIENTATIONS DE CHARGEMENTS ET VISUALISES SOUS FORME D'ISOVALEURS. PAR L'APPLICATION DE CRITERES DE PLASTICITE ET DE RUPTURE AUX CHAMPS DES MICROCONTRAINTES, LES LIMITES ELASTIQUES ET LES CONTRAINTES DE RUPTURE DU COMPOSITE ONT ETE DETERMINEES POUR DIFFERENTES ORIENTATIONS DE SOLLICITATIONS, PUIS COMPAREES AVEC LES RESULTATS EXPERIMENTAUX
