Modélisation mésoscopique pour le comportement bi-axial et la mise en forme des renforts de composites tissés PDF Download
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Author: Gilles Hivet
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Languages : fr
Pages : 292
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Book Description
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: Gilles Hivet
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Languages : fr
Pages : 292
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Book Description
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: 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: Audrey Wendling-Hivet
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Languages : fr
Pages : 0
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De nos jours, l'intégration de pièces composites dans les produits intéresse de plus en plus les industriels, particulièrement dans le domaine des transports. En effet, ces matériaux présentent de nombreux avantages, notamment celui de permettre une diminution de la masse des pièces lorsqu'ils sont correctement exploités. Pour concevoir ces pièces, plusieurs procédés peuvent être utilisés, parmi lesquels le RTM (Resin Transfer Molding) qui consiste en la mise en forme d'un renfort sec (préformage) avant une étape d'injection de résine. Cette étude concerne la première étape du procédé RTM, celle de préformage. L'objectif est de mettre en œuvre une stratégie efficace conduisant à la simulation par éléments finis de la mise en forme des renforts à l'échelle mésoscopique. A cette échelle, le renfort fibreux est modélisé par un enchevêtrement de mèches supposées homogènes. Plusieurs étapes sont alors nécessaires et donc étudiées ici pour atteindre cet objectif. La première consiste à créer un modèle géométrique 3D le plus réaliste possible des cellules élémentaires des renforts considérés. Elle est réalisée grâce à la mise en œuvre d'une stratégie itérative basée sur deux propriétés. D'une part, la cohérence, qui permet d'assurer une bonne description du contact entre les mèches, c'est-à-dire, que le modèle ne contient ni vides ni interpénétrations au niveau de la zone de contact. D'autre part, la variation de la forme des sections de la mèche le long de sa trajectoire qui permet de coller au mieux à la géométrie évolutive des mèches dans le renfort. Grâce à ce modèle et à une définition libre par l'utilisateur de l'architecture tissée, un modèle représentatif de tout type de renfort (2D, interlock) peut être obtenu. La seconde étape consiste à créer un maillage hexaédrique 3D cohérant de ces cellules élémentaires. Basé sur la géométrie obtenue à la première étape. L'outil de maillage créé permet de mailler automatiquement tout type de mèche, quelle que soit sa trajectoire et la forme de ses sections. La troisième étape à franchir consiste, à partir du comportement mécanique du matériau constitutif des fibres et de la structure de la mèche, à mettre en place une loi de comportement du matériau homogène équivalent à un matériau fibreux. Basé sur les récents développements expérimentaux et numériques en matière de loi de comportement de structures fibreuses, un nouveau modèle de comportement est présenté et implémenté. Enfin, une étude des différents paramètres intervenant dans les calculs en dynamique explicite est réalisée. Ces deux derniers points permettent à la fois de faire converger rapidement les calculs et de se rapprocher de la réalité de la déformation des renforts. L'ensemble de la chaîne de modélisation/simulation des renforts fibreux à l'échelle mésoscopique ainsi créée est validée par comparaison d'essais numériques et expérimentaux de renforts sous sollicitations simples.
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: Jie Wang
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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: Somchai Hanklar
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Pages : 147
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Lors de la fabrication de pièces en composite à l'aide du procédé R.T.M. (resin tranfer moulding), il faut mettre en forme le renfort tisse avant injection de la résine. Il est donc nécessaire de connaitre le comportement du tissu pour savoir s'il est possible d'obtenir les formes non développables souhaitées (le comportement du tissu sec est très différent de celui avec résine). Notre approche consiste à se placer à l'échelle de la maille. Celle-ci est modélisée par éléments finis en 3D. Les mèches sont considérées comme des milieux continus. Il s'agit alors de trouver les caractéristiques mécaniques qui approchent le mieux le comportement de type fil (pas de rigidité en flexion, compression et cisaillement). Plusieurs tests ont montré que certains coefficients mécaniques devaient être petits ou nuls. Cela peut conduire a des modes a énergie nulle qui sont éliminés par une technique utilisée pour les éléments à intégration réduite. Plusieurs non-linéarités sont prises en compte : grandes transformations, contact, comportement hypo élastique. Ce modèle est identifie grâce à des essais de traction uni axiale sur mèches et des essais de traction bi axiale sur tissus. Ce modèle a été applique a différents motifs de tissus (taffetas, serge, 2,5d) constitues de fibres de verre ou de carbone. Les résultats obtenus présentent une bonne concordance avec les essais bi axiaux (pour différents rapports de traction). Ils ont mis en évidence le caractère bi axial du tissu qui provoque son comportement non-linéaire. Ceci est dû au fait que l'ondulation des mèches change et que ces mêmes mèches s'écrasent. L'influence de différents paramètres géométriques (embuvage, épaisseur des mèches, type de tissu) et mécaniques (matériau) a été étudié. Cela permet d'obtenir le comportement d'un tissu quelconque avant même de l'avoir fabriqué, d'où un gain de temps et de cout de fabrication.
Author: Jie Wang
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Languages : fr
Pages : 0
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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: Anh Vu Duong
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Languages : fr
Pages : 276
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Book Description
Cette étude a été financée par la Région Centre et la société EADS. Il concerne les procédés de fabrication des matériaux composites pour l’aéronautique. L’étape de préformage des renforts tissés est la 1e étape du procédé RTM à laquelle on s’intéresse pour deux aspects : le comportement en cisaillement et la déformabilité lors du procédé. Le comportement en cisaillement sur les renforts tissés est un problème particulier à cause de la complexité des renforts : matériau non-continu, problème multi échelle. Cette détermination expérimentale est classiquement réalisé par deux méthodes : l’essai au cadre dit essai de « Picture Frame » et l’essai de traction à 45° dit essai de « Bias Test ». Ces deux essais sont basés sur une hypothèse de cisaillement pur pour laquelle on suppose que le couple de cisaillement ne dépend que de l’angle entre les mèches. À l’aide des bancs d’essais spécifiques développés, on a montré qu’il existe un couplage cisaillement/tension qui est la source des variations existantes sur les résultats montrés dans la littérature. Pour relier les limites du comportement identifié à la déformabilité lors du procédé, les essais de préformage ont été effectuées à l’aide d’un banc d’essai dédié à l’emboutissage des renforts secs. Les résultats ont ouvert de nombreuses perspectives quant à la détermination de l’influence des paramètres du procédé (pression serre flan, tension) sur le comportement en cisaillement et les défauts obtenus.
Author: Ismael Azehaf
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Languages : fr
Pages : 121
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Book Description
La mise en forme des pièces composites par Resin Transfert Molding (RTM) nécessite de maîtriser, en autre, deux étapes clés : la déformation à sec du renfort et l'injection de la résine. Dans une démarche d'optimisation du procédé, la simulation numérique est un outil incontournable. Ces travaux de thèse s'inscrivent dans cette thématique avec deux contributions essentielles : Mésomécanique : les renforts textiles sont des milieux poreux périodiques. Ces caractéristiques incitent à les modéliser à l'échelle mésoscopique, où le modèle géométrique se réduit à un Volume Elémentaire Représentatif (VER). A cette échelle, le problème de référence à résoudre est fortement non linéaire : comportement non linéaire des mèches, grandes transformations et contact entre mèches. La résolution par une méthode élément fini se heurte à une problématique : la formation de surfaces de contact entre le VER et ses voisins. Une partie de la déformation provient de ce contact formé aux frontières de la période. Aucune solution robuste ne permet à l'heure actuelle de prendre en compte ce contact. Le premier objectif de cette thèse est d'apporter une solution à cette problématique. Etude de perméabilité : la qualité des pièces composites en fin de chaîne de production dépend en partie du processus d'assemblage matrice/renfort. L'un des paramètres qui conditionne le bon déroulement de cet assemblage est la perméabilité du renfort. Expérimentalement, c'est une propriété très difficile à estimer. La simulation numérique est un moyen alternatif d'y accéder, avec la possibilité d'imposer des conditions aux limites parfaites au sens mathématique. De nombreuses études ont été réalisées dans le cas 2D. Le second objectif de cette thèse est de proposer en parti une méthode pour estimer par le calcul la perméabilité d'un renfort 3D.
Author: KARINE.. BUET GAUTIER
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Languages : fr
Pages : 129
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Book Description
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.
