Modélisation et caractérisation de matériaux composites tissés (original) (raw)
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Modélisation numérique du procédé de tissage de renforts fibreux pour matériaux composites
Afin de développer les structures textiles 3D en tant que renforts de matériaux composites notamment en aéronautique, une bonne prédiction de la géométrie et des propriétés mécaniques de la cellule élémentaire tissée sont nécessaires. L'obtention de géométries réalistes pour ces cellules élémentaires de tissus est particulièrement délicate en raison notamment de la complexité des architectures. En particulier, les outils existants qui discrétisent à une échelle mésoscopique, l'architecture des tissus 3D, ne tiennent pas compte de l'influence du procédé de fabrication sur la constitution de la structure textile. Si des outils numériques dédiés à la modélisation du procédé de tressage et de tricotage sont disponibles, il n'en est rien concernant le tissage. Au cours du processus de fabrication, les mèches sont soumises à des déformations importantes dues aux contraintes qu'exercent certains éléments de la machine à tisser ou provenant du frottement entre les mèches. Ces déformations importantes conduisent notamment à des modifications de formes de section de mèches, ou de densités locales qui vont modifier la résistance mécanique du tissu. Le modèle numérique présenté permet de prédire ces déformations importantes, grâce à une modélisation par éléments finis, et leurs influences sur la géométrie de l'architecture textile.
Modélisation de structures composites à géométrie variable
2011
Three main technologies are commonly used for the design of active composite structures with variable geometry : bistable structures (thermally actuated, piezo or SMA actuated), composites embedded SMA actuators and composites thermally activated that used a bimetal effect. This latest technology allows a controlled and progressive deformation of the structure, but its implementation requires a particular design approach. In this work we propose to exhibit simulation tools needed to develop this type of composites. Mots clefs : Materiaux composites / geometrie adaptable / elements finis de coques.
2010
Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoDoutor em Engenharia MecânicaNo estado tecnológico atual, os materiais compostos são cada vez mais utilizados em produtos de alta tecnologia, sobretudo no setor aeroespacial, em virtude de sua resistência/peso superior às dos materiais metálicos, e em virtude de sua elevada rigidez e resistência mecânica à fadiga. Além disso, devido ao seu melhor comportamento ao choque mecânico e à combustão química, as estruturas em material composto oferecem uma boa condição de segurança. Estruturas fabricadas em material composto ou metálico são submetidas a uma grande variedade de carregamentos mecânicos ao longo de sua vida útil, que podem ser dependentes ou independentes do tempo, quer dizer, de natureza estática ou dinâmica. Acima das condições de serviço para as quais elas são concebidas, no domínio estático ou dinâmico, as estruturas compostas podem desenvolver diferentes formas de dano em seus elementos constitutivos. Nas ultima...
Je les remercie pour m'avoir guidé efficacement pendant ces années et de m'avoir permis de mener à terme cette thèse. Je remercie Messieurs les Professeurs Mohamed Bouidida et Youssef Benghabrit, Directeurs et Directeur Adjoint de l'ENSAM de Meknès (Maroc), Messieurs René Doucet et Michel Herbin, Directeurs successifs du centre de Chalons en Champagne ; qui m'ont permis d'effectuer ce travail dans de bonnes conditions. L'encadrement d'une thèse conditionne bien sûr la qualité des travaux de recherche effectués mais également l'élévation scientifique et humaine du doctorant. Pour toutes ces raisons, j'exprime toute ma gratitude à mon Directeur de thèse, le Professeur Mohamed EL Mansori et mon co-directeur de thèse, le professeur Mohammed Nouari, pour leur implication dans cette tâche. Je tiens à remercier les membres du jury pour l'intérêt qu'ils ont manifesté pour ce travail. Je remercie également, Monsieur le Professeur C. Barlier, directeur de CIRTES et de GIP-INSIC d'avoir accepté de participer à mon jury de thèse ainsi que Monsieur M. J-L Lattaillade, Professeur des Universités aux Arts et Métiers PariTech qui m'a fait le plaisir et l'honneur de présider mon jury de thèse. Messieurs les Professeurs Khalid Lafdi et Francisco Chinesta qui m'ont fait l'honneur d'être rapporteurs de ma thèse, le temps consacré à l'évaluation de mon travail de recherche et l'intérêt qu'ils ont porté aux résultats obtenus. Je remercie également Messieurs Fabrice Pierron Professeurs des Universités aux Arts et Métiers ParisTech et Mohamed Bouidida, Directeur de l'ENSAM de Meknès en qualité de membres invités pour l'examen de mon travail et pour leurs remarques pertinentes. Je remercie aussi mes collègues enseignants et doctorants, qui ont séjourné ou séjournent encore au LMPF-E44106 ainsi que tous les membres du laboratoire, en particulier Alain Giraudeau, Laurence Fouilland, Patrick Ghidossi et Joël Dlvaque, Je leur exprime ma profonde sympathie et je leur souhaite de réussite sur le plan professionnel et privé. J'aimerais ensuite adresser mes plus vifs remerciements à Monsieur Arnauld Delamézier, Directeur des Etudes au GIP-INSIC et à toute l'équipe ERMEP de Saint-Dié des Vosges. IV 3.2.3. Effet de l'angle de dépouille…………………………………………………109 3.2.4. Effet de l'angle de coupe……………………………………………………..111 3.2.5. Effet de l'orientation des fibres………………………………………………112 4. Comparaison entre les approches macromécaniques explicite et implicite développés…………………………………………………………………………………116 4.1. Analyse des efforts de coupe…………………………………………………….116 4.2. Analyse de l'endommagement subsurfacique………………………………….117 5. Extension de l'approche macromécanique explicite pour la simulation de la formation de plusieurs copeaux………………………………………………………….120 5.1. Formation des microcopeaux…………………………………………………….120 5.2. Validation expérimentale des modèles explicites et implicite…………………125 6. Conclusion…………………………………………………….………………………...126 Conclusions et perspectives…………………………….…………………………….129 Références bibliographiques…………………………….…………………………….131 Annexes I…………………………….…………………………………………………….137 Production Scientifique dans le cadre de cette thèse………………………….…137 Revues internationale à comité de lecture…………………………………………...137 Communications dans des congrès Internationaux…………………………………137 Annexes II…………………………………………….……………………………………139 Processus de formation du copeau prédit par l'approche macromécanique implicite pour les différent angles d'orientation des fibres et avec les différents critères de rupture (critère de Hashin, Contrainte maximale et Hoffman)………………………..139 INTRODUCTION Cadre générale de la thèse et contexte scientifique 1 Compte tenu de la constitution de ces matériaux, les opérations de mise en forme par usinage génèrent non seulement une usure prématurée des outils coupants, mais également un endommagement important de la pièce usinée. En effet, le pulleuchage des fibres, la brûlure de la matrice et le délaminage à l'interface fibre/matrice entraînent des endommagements en
Modélisation des propriétés mécaniques de tubes composites tressés SiCf/SiC
Afin d'améliorer la sécurité et l'optimisation des ressources en uranium, le CEA développe les réacteurs de fission de IV ème génération. Ils proposent alors plusieurs modèles pour confiner le matériau fissible dont le concept aiguille utilisant des tubes CMC SiC f /SiC. Le dimensionnement de structures tubulaires en CMC de faible diamètre et de faible épaisseur n'est pas une chose aisée puisque peu d'études à travers le monde portent sur ce sujet. Notre travail est divisé en deux parties i) mettre au point une méthode permettant de faire des essais de traction et de pression interne sur de tels tubes ii) créer un modèle numérique pour simuler le comportement de ces tubes et permettre leur dimensionnement. Cet article traite principalement de l'adaptation de la géométrie à partir du logiciel Gentools développé au laboratoire et qui permet le maillage de composites tissés multicouches.
Caractérisation de la texture de non-tissés par polarimétrie
L'objectif de cette étude consiste à caractériser la surface de non-tissés. Un non-tissé est constitué d'une nappe de fibres enchevêtrées de façon pseudo-aléatoire et dont la cohésion provient du processus de fabrication, dans notre cas, un thermoliage qui consiste à créer des points de fusion des fibres (points de calandrage). L'étude de la surface de ces matériaux fibreux particuliers nous informe sur leur texture qui influe fortement sur leurs propriétés organoleptiques, et sur l'orientation des fibres qui conditionne les propriétés mécaniques du matériau. Pour ce faire deux traitements d'images en degré de polarisation des échantillons sont développés. Afin de contrôler le processus de thermoliage une analyse des points de calandrage et du fond fibreux est réalisée. Afin de déterminer l'orientation majoritaire des fibres, influençant les propriétés mécaniques, seul le fond fibreux du matériau est analysé.