Dissertations / Theses on the topic 'Matériaux Composites à Renfort Tissé'
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Couégnat, Guillaume. "Approche multiéchelle du comportement mécanique de matériaux composites à renfort tissé." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00403885.
Abstract:
Ce travail concerne le développement d'une approche multiéchelle du comportement mécanique adaptée aux matériaux composites à renfort tissé. Le modèle DMD (Discrete Micro Damage) proposé repose sur une description de l'architecture du renfort tissé et de l'arrangement des constituants, de leurs propriétés et de leurs modes d'endommagement. Les variables internes du modèle décrivent directement l'état de fissuration du matériau et les décohésions associées. L'endommagement est introduit sous forme discrète dans des cellules élémentaires représentatives du matériau. Les effets de l'endommagement sont ensuite calculés grâce à des essais numériques d'homogénéisation. Des outils de changement d'échelle spécifiques nécessaires au calcul numérique ont été développés afin de prendre en compte les particularités des composites tissés. Le modèle DMD est identifié et validé pour un matériau composite tissé multicouche à matrice céramique. Enfin, le modèle est implanté dans le code de calcul ZéBuLoN et appliqué à trois cas-tests de calcul de structure.
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Elleuch, Riadh. "Etude du couplage entre le vieillissement hygrothermique et la tenue en fatigue de composites à renfort tissé utilisés en construction navale." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1996. http://www.theses.fr/1996ECDL0051.
Abstract:
L'objet de ce travail est l'etude des interactions entre le comportement en fatigue et le vieillissement hygrothermique de materiaux composites a renfort tisse et a matrice polyester utilises en construction navale. Nous avons analyse, les processus de degradation sous sollicitations monotones et cycliques de flexion. Au cours de l'essai de fatigue, le suivi de raideur a ete associe a une analyse quantitative de la taille, de l'orientation et de la distribution des microfissures. Cette demarche a permis de definir un critere de duree de vie caracterisant une transition dans les modes d'endommagement du composite. Cette analyse permet egalement de mettre en evidence les effets preponderants de la stratification sur la creation et la propagation de l'endommagement. De plus, nous avons etudie les interactions entre le vieillissement et l'endommagement par fatigue selon deux axes: * l'etude de la tenue en fatigue des composites prealablement vieillis, afin de mettre en evidence les effets de la creation hygrothermique de defauts par diffusion d'humidite, * l'etude du couplage entre l'humidite et la propagation de l'endommagement sur la base d'essais en ambiance controlee. Des mesures de sorption d'eau effectuees en parallele nous ont permis de preciser les echelles de temps associees a la diffusion d'eau dans le composite. Les effets de la stratification sur les processus de sorption d'eau ont ete evalues sur la base d'une modelisation numerique basee sur les lois de fick. La creation hygrothermique de defauts (microfissures, cloquage osmotique) au cours des etapes de vieillissement se traduit par une diminution significative des durees de vie du composite. Les interactions entre l'humidite et la propagation de l'endommagement par fatigue ne peuvent mettre en jeu que des effets tres localises en fond de fissure, apres diffusion capillaire de l'humidite dans les microfissures crees lors des tous premiers cycles de sollicitation. La description quantitative des durees de vie a ete effectuee sur la base d'une analyse integrant les effets du vieillissement sur les coefficients a et b des droites de wohler du composite. Ceux-ci permettent notamment d'envisager une prediction des durees de vie d'apres la determination des caracteristiques monotones du composite
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Huang, Jin. "Simulation du drapage des renforts de composites multicouches liés par piquage." Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSEI098.
Abstract:
De nos jours, les matériaux composites permettent de diminuer la masse des pièces et sont largement utilisés dans le domaine de l'aérospatial, de l'aéronautique et de l'automobile. De plus, les composites multicouches à renfort textiles permettent de la conception des structures épaisses telles que les aubes de la soufflante des réacteurs d'avion. Cependant, de nombreux défauts peuvent apparaître pendant le processus de mise en forme des renforts multicouches, comme des plissements. Des recherches sur la formation de plis, ainsi que sur la technique de piquage pour améliorer la propriété mécanique des renforts multicouches dans l'épaisseur sont présentées dans ce travail. La première partie de ce présent rapport consiste à étudier la formation de plis des renforts multicouches soumis à la flexion hors plan. Dans un premier temps, l'influence des différentes orientations des couches sur la formation de plis est explorée. La relation entre le chargement appliqué sur le tissu et la création de plissements est ainsi montrée. Le second chapitre consiste à comparer l'influence de deux types de tissage pour ce qui concerne la drapabilité du composite. La troisième partie propose deux modèles numériques adaptés pour simuler le drapage des renforts composites liés par piquage. Ces approches impliquent l'utilisation d'un élément fini de coque de type stress resultant pour représenter chaque couche de renfort et des éléments de barre pour représenter le fil de piquage. Ces modèles nécessitent un algorithme de contact propre pour gérer l'interaction entre le renfort et le fil de piquage. Enfin, la dernière partie consiste à valider les modèles par une comparaison entre les simulations et les essais expérimentauxNowadays, composite materials make it possible to reduce the mass of parts and are widely used in the aerospace, aeronautics and automotive industries. In addition, the multilayered reinforcement of composites allows the design of thick structures such as the fan blades of aircraft engines. However, many defects can occur during the forming process of multilayered reinforcements, such as the wrinkling problem. Research on the formation of wrinkles, as well as on the tufting technology to improve the mechanical property of multilayered reinforcements in the direction of thickness are presented in this work. The first part of this report is a study of the formation of the wrinkles of multilayered reinforcements subjected to out-of-plane bending. Firstly, the influence of the different orientations of the layers on the formation of wrinkles is explored. The relationship between the load applied to the fabric and the creation of wrinkles is thus shown. The second chapter compares two types of weaving pattern on the drapability of the composite. The third part consists of developing two numerical models adapted to simulate the forming of tuft-bonded composite reinforcements. These approaches involve the use of a stress resultant shell element to represent each layer of reinforcement and bar elements to represent the tufting yarn. These models require a specific contact algorithm to manage the interaction between the reinforcement and the tufting yarn. Finally, the last part consists of validating the models by comparing simulations and experiments
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Van, Den Broek D'Obrenan Ghislain. "Adaptation du procédé RTM (Moulage par Transfert de Résine) à la mise en œuvre de matériaux composites à matrice thermoplastique." Phd thesis, INSA de Lyon, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00715806.
Abstract:
Le procédé " Resin Transfer Molding " (RTM) est très largement utilisé pour la production industrielle de matériaux composites à matrice thermodurcissable. En effet, de nombreux domaines tels que l'automobile et l'aéronautique l'emploi couramment. Dans ce travail nous avons adapté ce procédé à la mise en œuvre de matériaux composites à matrice thermoplastique afin de répondre aux critères écologiques et économiques imposés aux industries. Pour cela plusieurs étapes ont été nécessaires. La première fut la sélection d'une chimie robuste, adaptée aux exigences du procédé (faible viscosité initiale du système réactif, temps de polymérisation court, etc). La chimie choisie fut la polymérisation anionique par ouverture de cycle de l'ε-caprolactame dans le but d'obtenir du polyamide-6 (PA-6). Une étude rhéo-cinétique ainsi que les caractérisations physico-chimiques d'un PA-6 obtenu au laboratoire furent réalisé. A la suite de cette étape, des essais en conditions de procédé ont été effectué avec l'utilisation d'un équipement pilote dédié. Ces essais furent la source de modifications et d'optimisations de certains paramètres du procédé. La troisième étape, a consisté à la production de pièces composites avec un renfort de type : tissu unidirectionnel de verre. Cette production fut suivie de tests mécaniques et physico-chimiques afin d'évaluer les propriétés de ces pièces. Différents ensimages de tissu ont été étudiés avec, pour objectif, la détermination de celui offrant les meilleures propriétés. Durant cette étude nous avons observé que la nature de l'ensimage impactait peu la chimie. Pour finir, nous avons mis en place un ensimage réactif qui permettra une meilleure interaction fibre/matrice.
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Vilfayeau, Jérôme. "Modélisation numérique du procédé de tissage des renforts fibreux pour matériaux composites." Thesis, Lyon, INSA, 2014. http://www.theses.fr/2014ISAL0026/document.
Abstract:
L'industrie aéronautique doit faire face aux nouvelles exigences environnementales, tout particulièrement concernant la réduction de la consommation des énergies fossiles. L'utilisation de matériaux composites plus léger permet de répondre en partie à cette attente. Pour limiter les coûts lors de la fabrication et du développement des composites à renforts tissés 3D, il est nécessaire d'utiliser des outils de simulation performants. 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. Cette étude avait donc pour but de s'intéresser plus particulièrement à la simulation du prodécé de tissage pour pouvoir obtenir une structure de tissu sèche déformée numériquement. La production de différentes architectures de tissu en verre E dans notre laboratoire nous a permis d'observer les différents éléments en contact avec le fil ou le tissu sur la machine à tisser, par le biais de l'utilisation d'une caméra rapide par exemple. Le développement d'un modèle numérique par éléments finis reproduisant le procédé de tissage a été réalisé. Une loi de comportement isotrope transverse fut utilisée pour modéliser les fils de verre. Des premières simulations numériques encourageantes pour la fabrication d'un tissu d'armure toile et d'un tissu d'armure croisé 2-2 sont présentées et comparées avec les tissus réels produits correspondantsThe aeronautical industry faces new challenges regarding the reduction of fossil fuel consumption. One way to address this issue is to use lighter composite materials. The ability to predict the geometry and the mechanical properties of the unit cell is necessary in order to develop 3D reinforcements in composite materials for these aeronautical applications. There is a difficulty to get realistic geometries for these unit cells due to the complexity of their architecture. Currently, existing tools which model 3D fabrics at a meso scale don't take into account manufacturing process influence on the shape modification of the textile structure. There is already some numerical tools that can model the braiding or knitting process, but none have been developed for weaving so far. Consequently, this study deals with the numerical simulation of the weaving process to obtain a deformed dry fabric structure. During the weaving process of E-glass fabrics, achieved in our laboratory, it has been observed that large deformations led to the modification of transverse section of meshes, or local density changes, that can modify the fabrics mechanical resistance. For this reason, a numerical tool of the weaving process, based on finite element modelling, has been developped to predict these major deformations and their influences on the final textile structure. The correlation between numerical results and fabrics produced with glass fibres has been achieved for plain weave and 2-2 twill
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Van, den Broek d'Obrenan Ghislain. "Adaptation du procédé RTM (Moulage par Transfert de Résine) à la mise en œuvre de matériaux composites à matrice thermoplastique." Thesis, Lyon, INSA, 2011. http://www.theses.fr/2011ISAL0112/document.
Abstract:
Le procédé « Resin Transfer Molding » (RTM) est très largement utilisé pour la production industrielle de matériaux composites à matrice thermodurcissable. En effet, de nombreux domaines tels que l’automobile et l’aéronautique l’emploi couramment. Dans ce travail nous avons adapté ce procédé à la mise en œuvre de matériaux composites à matrice thermoplastique afin de répondre aux critères écologiques et économiques imposés aux industries. Pour cela plusieurs étapes ont été nécessaires. La première fut la sélection d’une chimie robuste, adaptée aux exigences du procédé (faible viscosité initiale du système réactif, temps de polymérisation court, etc). La chimie choisie fut la polymérisation anionique par ouverture de cycle de l’ε-caprolactame dans le but d’obtenir du polyamide-6 (PA-6). Une étude rhéo-cinétique ainsi que les caractérisations physico-chimiques d’un PA-6 obtenu au laboratoire furent réalisé. A la suite de cette étape, des essais en conditions de procédé ont été effectué avec l’utilisation d’un équipement pilote dédié. Ces essais furent la source de modifications et d’optimisations de certains paramètres du procédé. La troisième étape, a consisté à la production de pièces composites avec un renfort de type : tissu unidirectionnel de verre. Cette production fut suivie de tests mécaniques et physico-chimiques afin d’évaluer les propriétés de ces pièces. Différents ensimages de tissu ont été étudiés avec, pour objectif, la détermination de celui offrant les meilleures propriétés. Durant cette étude nous avons observé que la nature de l’ensimage impactait peu la chimie. Pour finir, nous avons mis en place un ensimage réactif qui permettra une meilleure interaction fibre/matriceThe "Resin Transfer Molding" (RTM) process is very largely used for the industrial production of composites materials with thermoset matrix. Indeed, it’s used by many fields such as the automotive and aeronautics. In this work we adapted this process to the manufacture of composite materials with thermoplastic matrix in order to answer the ecological and economic criteria imposed on industries. For that several steps were necessary. The first was the selection of a robust chemistry, adapted to the requirements of the process (low initial viscosity of the reactive system, polymerization time, etc). The selected chemistry, was the ring opening polymerization of ε - caprolactam to obtain polyamide-6 (PA-6). Rhéo-kinetics studies, as well as the physicochemical characterizations of a Pa-6 obtained at the laboratory were carried out. Following this step, tests in conditions of process were carried out with the use of dedicated pilot equipment. These tests were the source of modifications and optimizations of certain parameters of the process. The third step, consisted with the production of composite parts with a reinforcement of the type: unidirectional glass fabric. This production was followed mechanical and physico-chemical tests in order to evaluate the properties of these parts. Various sizing of the glass fabric were studied with, for objective, to determine which to offer the best properties. During this study we observed the low impact of the sizing on the chemistry of PA-6. To finish, we set up a reactive sizing which will allow a better interaction fibre/matrix
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Bai, Renzi. "Modélisation de la mise en forme des renforts fibreux : Nouvelle Approche de coque spécifique et étude expérimentale." Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSEI108.
Abstract:
La déformation des renforts composites textiles est fortement conditionnée par leur composition fibreuse. Les théories classiques des plaques et des coques sont basées sur des hypothèses cinématiques qui ne sont pas vérifiées pour les renforts textiles. Des expérimentations montrent que le glissement entre fibres (couche) dans l’épaisseur fait la spécificité des matériaux fibreux. Le processus RTM (Resin Transfer Molding) est largement utilisé pour obtenir des pièces composites avec géométrie complexe. La mise en forme est une étape très importante. Afin d’optimiser la fabrication de produit (spécialement le tissu multicouche), des modèles numériques sont nécessaires. Par conséquent une approche de coque 3D spécifique aux renforts fibreux est proposée. Elle est basée sur deux spécificités : la quasi-inextensibilité des fibres et le glissement possible entre les fibres. L'approche est développée dans le cadre « Continuum-based shells ». La nouvelle hypothèse basée sur la conservation d’épaisseur est appliquée dans l’équation cinématique. La forme de puissance virtuelle reflète les spécificités de la déformation des renforts fibreux. Il prend en compte la rigidité de traction et de flexion des fibres et aussi de cisaillement dans le plan. Le frottement entre fibres est pris en compte de manière simple en lien avec la flexion. La présente approche est basée sur la physique réelle de la déformation des renforts textiles. Il permet de simuler les déformations 3D des renforts textiles et fournit des déplacements et déformations pour tous les points dans l'épaisseur du tissu et les bonnes rotations du directeur matériel. Enfin, des expérimentations et simulations réalisées sur des renforts multicouches sont présentées dans ce travail, et une nouvelle méthode d’expérimentation est proposéeThe deformation of textile composite reinforcements is strongly conditioned by their fibrous composition. Classic plate and shell theories are based on kinematic assumptions that are not verified for textile reinforcements. Experiments show that the slippage between fiber (layer) in the thickness makes the specificity of fibrous materials. The RTM process (one of the forming process) is widely used to obtain composite parts with complex geometry is with great importance. In order to optimize the manufacturing of product, numerical models are necessary. Therefore, a 3D shell approach specific to fiber reinforcements is proposed which is based on two specificities: the quasi-inextensibility of the fibers and the possible sliding between the fibers. This approach is developed in the frame of continuum-based shell, the new assumption who based on the conservation of the thickness is applied to the kinematic equation. The theory of virtual power reflects the specific deformation of the fibrous reinforcements. It considers the tensile and bending stiffness of the fibers and the in-plan shear stiffness. The friction between fibers is taken into account in a simple way in connection with bending. The present approach is based on the real physics of the deformation of textile reinforcements. It simulates the 3D deformations of textile reinforcements and provides displacements and deformations for all the points along the thickness of the fabric and simulates the correct rotations of the material director. Finally, experiments and simulations performed on multilayer reinforcements are presented in this work, and a new method of experimentation is proposed
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Mathieu, Sylvain. "Modélisation du comportement mécanique lors du procédé de mise en forme et pyrolyse des interlocks CMC." Thesis, Lyon, INSA, 2014. http://www.theses.fr/2014ISAL0115/document.
Abstract:
La simulation des procédés de production des composites à renforts tissés est un enjeu majeur pour les industries de pointe, où leur utilisation s’intensifie. La maitrise des procédés d’obtention des composites à matrice et fibres en céramique, notamment les étapes de mise en forme et de pyrolyse, s’avère primordiale. La connaissance et la simulation du comportement mécanique aux différentes étapes est nécessaire pour optimiser les performances des pièces finales. Deux approches de modélisation macroscopique des renforts tissés épais de composite sont détaillées : une approche continue classique et une approche semi-discrète. Pour cela, une loi de comportement hyperélastique initialement orthotrope est développée. Cette loi est basée sur l’observation phénoménologique des modes de déformation privilégiés, à partir desquels sont proposés des invariants physiques de la transformation. L’identification des paramètres matériaux nécessaires est décrite. Une version modifiée de cette loi, sans contribution en tension, est implémentée dans un élément semi-discret, où le travail en tension est alors pris en compte par des barres discrétisant le tissage réel. Les importantes différences de rigidités entre sollicitations en tension et en cisaillements font des renforts tissés épais des matériaux fortement anisotropes. Leur modélisation numérique met en évidence des phénomènes parasites ou des limitations liés à cette spécificité. Le phénomène de verrouillage en tension est tout d’abord mis en évidence. Une solution basée sur une formulation éléments finis enhanced assumed strain est proposée pour des éléments continus classiques ou semi-discrets. Puis des problèmes liés aux simulations numériques dominées par la flexion sont soulevés : l’hourglassing transverse et l’absence de résistance locale à la courbure. Dans le cas de l’hourglassing transverse, deux méthodes de rigidification de ces modes de déplacement sont proposées : par moyennage des dilatations dans l’élément ou par ajout d’une rigidité matérielle tangente supplémentaire. Pour l’introduction d’une résistance à la courbure, une méthode basée sur l’utilisation purement numérique de plaques rotation free est proposée. Celles-ci permettent le calcul de la courbure induisant, par l’intermédiaire d’un moment de flexion, des efforts internes supplémentaires. Finalement, la modélisation du retour élastique après pyrolyse de la matrice organique à précurseurs céramique est réalisée. Le comportement de la matrice pyrolysée est identifié expérimentalement à l’aide d’une loi hyperélastique isotrope transverse. L’addition de cette loi, qui prend comme référence la préforme déformée, à la loi de comportement initiale du renfort tissé permet de visualiser les déformations obtenues en fin de pyrolyse. Cette modélisation est comparée à des résultats expérimentauxManufacture processes modeling of woven fabrics composites is a major stake for state-of-the-art industrial parts, where their usage is intensifying. Control of all the manufacturing stages of ceramic matrix composites, particularly the forming and pyrolysis steps, is essential. Understanding and simulation of the mechanical behavior at each stage is required to optimize the final product performances. Two macroscopic modeling approaches of thick woven fabric reinforcements are detailed: a continuous classical one and a semi-discrete one. An initially orthotropic hyperelastic constitutive law is thus established. This law is based on a phenomenological observation of the main fabric deformation modes, from where physical invariants of the deformation are suggested. The required material parameters identification is explained. A modified version of this law, without any tensile energetic contribution, is implemented in a semi-discrete element where the tensile work is taken into account by bars that discretize the real weaving. Thick woven reinforcements are highly anisotropic materials due to the large ratio between the tensile rigidity and the others. Their numerical modeling highlights spurious phenomena and limitations related to this specificity. The tension locking is firstly tackled. A remedy based on an enhanced assumed strain finite element formulation is suggested for classical continuum and semi-discrete elements. Problems linked to bending-dominated numerical simulations are brought to attention : transverse hourglassing and lack of local bending stiffness. For the transverse hourglassing situation, two stiffening technics are proposed : averaging the dilatation through the whole element or adding a supplementary tangent material rigidity in a specific direction. The local bending stiffness problem is solved by calculating the curvature inside the element by using rotation free plates. The induced bending moment leads to supplementary internal loads. Finally, the elastic springback following the pyrolysis of the polymer matrix with ceramic precursors is modeled. The constitutive behavior is experimentally identified with a transverse isotropic hyperelastic law. Added to the initial reinforcements’ hyperelastic law, with the preformed fabric as reference configuration, the pyrolysis induced deformations can be visualized. This final model is compared with experimental results
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El, fallaki idrissi Mohammed. "Réduction de Modèles et Réseaux Neuronaux Artificiels pour une Simulation Multi-échelle Rapide et Précise des Matériaux Composites à Microstructure Périodique." Electronic Thesis or Diss., Paris, HESAM, 2024. http://www.theses.fr/2024HESAE012.
Abstract:
Woven reinforced composites are often hindered by challenges in accurately predicting their mechanical behavior. This obstacle primarily stems from the heterogeneous nature of these materials. Consequently, employing multi-scale approaches becomes imperative to ascertain their overall responses under complex loading conditions, incorporating detailed descriptions of microstructure and the constitutive laws governing their components. However, effectively incorporating these methodologies into real-scale applications, particularly within FE² analyses, remains challenging due to the significant computational requirements. This challenge intensifies when numerous direct calculations are necessary for testing various configurations, a critical aspect in optimization, inverse analysis, or real-time simulations. The need for such calculations adds to the computational demands, posing a significant obstacle to integrated into practical applications. To address these issues, while considering the scale effects, this thesis aims to develop efficient numerical tools to achieve accurate and fast predictions of woven composite response. First, we develop virtual twins (multiparametric solution) for real-time prediction of composite response, using non-intrusive Proper Generalized Decomposition (PGD) based methods. This aims at providing an accurate approximation of these high-dimensional problems, that involved several microstructural parameters, with limited dataset. These multiparametric solutions are constructed for both linear and nonlinear behavior including history- and rate-dependent behaviors. Second, we develop an approach based on Artificial Neural Networks (ANNs) to perform a macroscopic surrogate model of composites. This model, referred to as Multiscale Thermodynamics Informed Neural Networks (MuTINN), is founded on thermodynamic principles and introduces specific quantities of interest that serve as internal state variables at the macroscopic level. This captures efficiently the state and evolution laws governing the history-dependent behavior of these composites while retaining the thermodynamic admissibility and the physical interpretability of their overall responses. This approach has successfully associated with FE code, streamlining the application of multiscale FE-MuTINN approach for composite structure computations. The prediction capabilities of the proposed approach are demonstrated across the material scales, exemplified through diverse instances of woven composite structures. These applications account for anisotropic yarn damage and an elastoplastic polymer matrix behavior. This promises a potential solution to alleviate the computational challenges associated with multiscale simulations of large composite structures and paving the way for the development of a hybrid twin solutionAlthough woven reinforced composites are experiencing rapid growth across various engineering and industrial domains, their widespread adoption is often hindered by challenges in accurately predicting their mechanical behavior. This obstacle primarily stems from the heterogeneous nature of these materials. Consequently, employing multi-scale approaches becomes imperative to predict their overall response under complex loading conditions, incorporating detailed descriptions of microstructure and the constitutive laws governing their components. However, effectively incorporating these methodologies into real-scale applications, particularly within FE² analyses, remains challenging due to the significant computational requirements they entail. This challenge intensifies when numerous direct calculations are necessary for testing various configurations, a critical aspect in optimization, inverse analysis, or real-time simulations. The need for such calculations adds to the computational demands, posing a significant obstacle to integrated into practical applications. To address these issues, while considering the scale effects, this thesis aims to develop efficient numerical tools to achieve accurate and fast predictions of woven composite response. First, we develop virtual twins (multiparametric solution) for real-time prediction of composite response, using non-intrusive Proper Generalized Decomposition (PGD) based methods. This aims at providing an accurate approximation of high-dimensional problems, that involved several microstructural parameters, with limited dataset. These multiparametric solutions are constructed for both linear and nonlinear behavior including history- and rate-dependent behaviors. Second, we develop an approach based on ANN to perform a macroscopic surrogate model of composites. This model, referred to as Multiscale Thermodynamics Informed Neural Networks (MuTINN), is founded on thermodynamic principles and introduces specific quantities of interest that serve as internal state variables at the macroscopic level. This captures efficiently the state and evolution laws governing the history-dependent behavior of these composites while retaining the thermodynamic admissibility and the physical interpretability of their overall responses. This approach has successfully associated with FE code, streamlining the application of multiscale FE-MuTINN approach for composite structure computations. The prediction capabilities of the proposed approach are demonstrated across the material scales, exemplified through diverse instances of woven composite structures. These applications account for anisotropic yarn damage and an elastoplastic polymer matrix behavior. This promises a potential solution to alleviate the computational challenges associated with multiscale simulations of large composite structures and paving the way for the development of a hybrid twin solution
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Steer, Quentin. "Modélisation de la mise en forme des renforts fibreux cousus (NCF) : Etude expérimentale et numérique de l’influence de la couture." Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSEI115.
Abstract:
Les composites à fibres continues (carbone, verre) sont régulièrement employés dans les industries du transport (automobile, aéronautique) pour leurs excellentes performances mécaniques rapportées à leur masse. Alors que les renforts tissés sont largement utilisés et étudiés, on constate un intérêt croissant pour les renforts cousus appelés « non crimp fabric » (NCF). Ces renforts sont constitués de plis de fibres unidirectionnels juxtaposés, non tissés, mais cousus entre eux à l’aide d’un fil de couture. Ils permettent une plus grande variété d’empilements et optimisent les propriétés du composite en réduisant l’entrelacement des fibres. La fabrication de pièces composites par des procédés automatisés tel que le RTM (Resin Transfert Molding) implique de mettre en forme les renforts fibreux pour obtenir des géométries 3D complexes. La mise en forme des NCF est fortement impactée par la présence de la couture. Le développement d’outils de simulation adaptés doit permettre d’optimiser la fabrication de ces produits. Ce travail s’intéresse au rôle mécanique de la couture lors de la mise en forme. L’étude porte sur différents renforts NCF, des essais expérimentaux et des simulations par éléments finis en dynamique explicite. En s’inspirant de travaux antérieurs sur les renforts tissés, différentes approches de modélisation sont proposées pour les NCF à l’échelle macroscopique : intégration du fil et du motif de couture dans les lois de comportement ; développement de modèles mixant des éléments finis continus pour les nappes de fibres, et semi-discrets pour les coutures. Les performances de ces différentes approches sont confrontées aux résultats expérimentaux. Enfin, une nouvelle contribution est apportée pour la prise en compte de la rigidité de flexion dans le plan des renforts fibreux, en généralisant l’utilisation des éléments finis de coque dit « rotation-free » pour le calcul de l’ensemble des courbures (hors plan et dans le plan)Continuous fibre composites (carbon, glass) are regularly used in the transport industries (automotive, aeronautics) for their excellent mechanical performance in relation to their mass. While woven reinforcements are widely used and studied, there is a growing interest in stitched reinforcements called "non crimp fabric" (NCF). These reinforcements consist of juxtaposed plies of unidirectional fibres , non-woven, but sewn together with a stitching thread. They allow a greater variety of fibre orientation and optimize the properties of the composite by reducing fiber interweaving. The manufacture of composite parts by automated processes such as RTM (Resin Transfer Molding) involves the forming of fibrous reinforcements to obtain complex 3D geometries. The draping of NCFs is strongly impacted by the presence of the stiching thread. The development of simulation tools should enable the manufacture of these products to be optimize. This work focuses on the mechanical role of stitching during forming. The study focuses on experimental tests and finite element simulations in explicit dynamics of various NCF reinforcements. Different modelling approaches at macroscopic scale are proposed for NCFs, based on previous work on woven reinforcements : integration of stitched thread and the stitch pattern into the laws of behaviour; development of models mixing continuous finite elements for fibre modelisation, and semi-discrete models for the stitch. The performance of these different approaches is compared with experimental results. Finally, a new contribution is add to consider the bending rigidity in the plane of the fibrous reinforcements by generalizing the use of finite elements shell called "rotation-free" for the calculation of all the curvatures (out of plane and in the plane)
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Aridhi, Abderrahmen. "Analyse structurelle des composites tissés prenant en compte le procédé de mise en forme." Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSEI012/document.
Abstract:
Durant le procédé de thermoestampage, le renfort tissé/préimprégné peut subir des grandes rotations de fibres dues aux fortes déformations de cisaillement dans le plan. Ces rotations sont importantes surtout dans les zones à géométries complexes telles que celles à double courbure. Par conséquent, la réorientation des fibres dans le nouveau renfort cisaillé affecte significativement la résistance et la performance du produit final. L'objectif de ce travail de thèse est de développer un modèle de comportement qui tient compte des changements d'angle entre les réseaux de mèches (directions chaine et trame). Un modèle de comportement hypo élastique a été proposé afin de simuler la mise en forme des tissés secs. La simulation de la mise en forme permet de déterminer les réorientations finales entre les mèches par l'intermédiaire des angles de cisaillement. Ces derniers sont transférés dans un modèle élastique orthotrope élaboré pour effectuer une analyse structurelle d'un composite durci après sa mise en forme. Le modèle orthotrope a été validé expérimentalement par un test de traction sur des éprouvettes durcies après un bias extension test. Finalement, pour démontrer la performance de ce modèle élastique orthotrope (avec la prise en compte de la réorientation des mèches), des analyses EF sur un hémisphère et un double dôme durcis ont été réalisés. Les résultats obtenus par le modèle orthotrope ont été comparés avec ceux issus d'un modèle sans la prise en compte de la réorientation des mèchesDuring the forming process, the woven fabric/prepreg can undergo large fiber rotations due to plane shear deformation. These rotations are mostly important in zones with complexe gometries such as double curvature. Therefore, the fiber reorientations in the new sheared fabric affects significantly the strength and performance of final product. The aim of this thesis work is to develop a constitutive model that taking into account the angle's between the weft and warp yarns. An hypoelastic model has been developed in order to simulate the forming of dry fabric. The forming simulation allows to determine the final reorientations between yarns through the shear angles. The later are transferred into an orthotropic elastic model, developed to perform a structural analysis of a cured composite after its forming. The orthotropic model has been validated by a tensile test on cured specimens after a bias extension test. Finally, to demonstrate the performance of this orthotropic model (taking into account the reorientation of yarns), FE analysis on cured hemisphere and double dome have been performed. The results obtained by the orthotropic model have been compared with those obtained from a model without taking into account the reorientation of yarns
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Charmetant, Adrien. "Approches hyperélastiques pour la modélisation du comportement mécanique de préformes tissées de composites." Phd thesis, INSA de Lyon, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00706212.
Abstract:
La simulation des procédés de mise en forme des composites à renforts tissés de type RTM est un enjeu majeur pour les industries de pointe mettant en œuvre ce type de matériaux. Au cours de ces procédés, la préforme tissée est souvent soumise à des déformations importantes. La connaissance et la simulation du comportement mécanique de la préforme à l'échelle macroscopique et à l'échelle mésoscopique s'avère souvent nécessaire pour optimiser la phase de conception de pièces composites formées par de tels procédés. Une analyse du comportement mésoscopique des préformes tissées de composites est d'abord proposée. Une loi de comportement hyperélastique isotrope transverse est développée, permettant de décrire le comportement mécanique de chacun des modes de déformation de la mèche : élongation dans la direction des fibres, compaction et distorsion dans le plan d'isotropie de la mèche, cisaillement le long des fibres. Une méthodologie est proposée pour identifier les paramètres de cette loi de comportement à l'aide d'essais sur la mèche et sur le tissu, et une validation par comparaison avec des essais expérimentaux est présentée. Une analyse du comportement macroscopique des renforts interlocks est ensuite proposée : une loi de comportement hyperélastique orthotrope est développée et implémentée. Cette loi, extension de la loi de comportement pour la mèche, est également basée sur une description phénoménologique des modes de déformation de la préforme. Une méthode d'identification des paramètres de cette loi de comportement est mise en œuvre, utilisant des essais expérimentaux classiques dans le contexte des renforts tissés (tension uniaxiale, compression, bias extension test, flexion). Cette seconde loi de comportement est validée par comparaison avec des essais de flexion et d'emboutissage hémisphérique.
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Florimond, Charlotte. "Contributions à la modélisation mécanique du comportement de mèches de renforts tissés à l'aide d'un schéma éléments finis implicite." Thesis, Lyon, INSA, 2013. http://www.theses.fr/2013ISAL0136/document.
Abstract:
La simulation du procédé de fabrication de renforts fibreux secs est un enjeu majeur pour l’étude de l’élaboration de matériaux composites, dont l’utilisation dans les industries de pointe s’intensifie rapidement. Ainsi, l’influence du métier à tisser sur la qualité des renforts est primordiale dans la caractérisation de leurs propriétés mécaniques. Une campagne d’essais expérimentaux est tout d’abord réalisée, de manière à identifier les phénomènes physiques mis en jeu. Les différents modes de déformation de la mèche sont ainsi étudiés : élongation, compaction, cisaillement et distorsion. Est étudié également le comportement en flexion et en frottement, afin de mieux appréhender l’effet du procédé de tissage sur les mèches. Deux types de lois de comportement élastiques sont envisagés : une loi hypoélastique et une loi hyperélastique. Sont développées les propriétés de chacune d’entre elles, ainsi que les grandeurs caractéristiques nécessaires à leur implémentation dans le logiciel commercial ABAQUS/Standard. Les algorithmes de deux subroutines sont présentés, correspondant à l’une ou l’autre de ces lois. Le choix est fait de modéliser le comportement mécanique de la mèche à l’aide d’une loi hyperélastique isotrope transverse de type St-Venant, par l’intermédiaire de la subroutine ABAQUS/Standard UANISOHYPER_INV. Enfin, une identification des paramètres matériau à l’aide d’une méthode inverse est proposée. Sont comparés les résultats obtenus par simulation avec les résultats expérimentaux. La loi de comportement alors déterminée permet de mettre en place des simulations de procédé de tissageSimulating the manufacturing process of woven preforms is a major stack for understanding the development of composite materials, used in high performance industries. The effect of the weaving loom on the preforms is very important to caracterize their mechanicals properties. Experimental tests are realised to identify the physical phenomenon. Different deformation modes are studied : elongation, compaction, shear and distortion. The bending and friction behavior are also important to understand the effect of weaving process. Two constitutive laws are considered : a hypoelastic law and a hyperelastic law. An analyse of their properties is presented, and their implementation in a commercial software, ABAQUS/Standard, is detailed. In this purpose, two subroutines can be used. The modelisation of the mechanical behavior of the tows is finally realised with a transversely isotropic hyperelastic St-Venant model, with the subroutine ABAQUS/Standard UANISOHYPER_INV. To conclude, an identification method is presented and the simulated results are compared to experimental tests. The obtained consitutive behavior is finally used to simulate the weaving process
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Grail, Gaël. "Approche multimodèle pour la conception de structures composites à renfort tissé." Phd thesis, Université d'Orléans, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00919198.
Abstract:
Pour optimiser les structures des aéronefs, il est maintenant nécessaire de concevoir le matériau au " juste-besoin ", de façon à diminuer le ratio masse/performances. Par une bonne gestion du procédé de fabrication et un choix judicieux des matériaux constitutifs, les composites à renfort tissé et à matrice organique ont ce potentiel. Mais pour l'exploiter pleinement, de nouvelles approches adaptées à ce type de matériau doivent être développées. Pour cela, une chaîne de calcul multimodèle est proposée, permettant de prévoir les propriétés mécaniques élastiques saines ou endommagées du matériau à partir de ses paramètres de conception. Cette chaîne est établie à l'échelle mésoscopique, pour pouvoir prendre en compte la géométrie du renfort. Une procédure spéciale de création de maillages de cellules mésoscopiques de composites tissés a été développée, de façon à faire le lien entre la déformée du renfort après mise en forme, obtenue par simulation EF, et les autres modèles de la chaîne (injection de résine, cuisson du composite, comportement mécanique). Le bon fonctionnement de l'approche est montré par l'étude de deux cas-tests, un renfort de quatre plis de taffetas et un renfort de quatre plis de satin de 5, chacun compactés à différents niveaux et selon plusieurs configurations d'imbrication de plis. Enfin, pour anticiper la validation de la chaîne de modélisation, une étude expérimentale comparative entre plusieurs composites tissés compactés à différentes épaisseurs a été menée. Ce travail se place dans le cadre de la construction future d'une chaîne multiéchelle plus globale qui, parcourue dans le sens inverse, permettra de concevoir le matériau sur-mesure en fonction des performances structurales locales désirées.
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Naouar, Naïm. "Analyse mésoscopique par éléments finis de la déformation de renforts fibreux 2D et 3D à partir de microtomographies X." Thesis, Lyon, INSA, 2015. http://www.theses.fr/2015ISAL0088/document.
Abstract:
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 deuxThe simulation at meso-scale of textile composite reinforcement deformation provides important information. In particular, it gives the direction and density of the fibres that condition the permeability of the textile reinforcement and the mechanical properties of the final composite. These meso FE analyses are highly dependent on the quality of the initial geometry of the model. Some software have been developed to describe composite reinforcement geometries. The obtained geometries imply simplification that can disrupt the reinforcement deformation computation. The present work presents a direct method using computed microtomography to determine finite element models based on the real geometry of the textile reinforcement. The FE model is obtained for any specificity or variability of the textile reinforcement, more or less complex. The yarns interpenetration problems are avoided. These models are used with two constitutive laws : a hypoelastic law and a hyperelastic one. An analysis of their properties is presented and their implementation in the software ABAQUS is detailed. Finally, an identification method is presented and the results of forming simulations are compared to experimental tests, which shows a good fit between the both
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Azehaf, Ismael. "Modélisation du comportement mécanique et de la perméabilité des renforts tissés." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSEI079.
Abstract:
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 3DThe manufacture of composite parts by Resin Transfert Molding (RTM) requires to control two main phases: the shaping of the dry reinforcement and the injection of the matrix. Numerical simulation is a powerful tool when it comes to find the right set of parameters needed to obtain a part without non conformity. These research works where performed in this specific field with two main contributions: Mesomechanic: textile fabrics are periodic porous media. Modelling these materials at the mesoscale permit to reduce the geometrical model to a Representative Volume Element (RVE). At this scale the boundary value problem to solve is highly nonlinear: non linear behavior of the yarns, large deformations and contact. Solving this problem with a Finite Element Method include dealing with contact surface generation between the RVE and its neighbors. Part of the RVE yarns deformation is coming from these multiple contacts at the borders. There is no methods yet that solve this issue. The first objective of this thesis is to produce one. Permeability: the quality of the composite part at the end of the manufacturing process depends also of the matrix/reinforcement assembly. One of the parameters that influence the efficiency of this linkage is the permeability of the reinforcement. Measuring permeability throughout experiments is not easy. Numerical simulation offers another way to estimate the permeability of a textile fabric. Numerous works have been performed in this subject especially on 2D textiles. The second objective of this thesis is to propose a method for the numerical estimation of the permeability tensor of 2D and 3D textiles
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Chouchaoui, Cherif-Saâdane. "Modélisation du comportement des matériaux composites à renforts tissés et à matrice organique." Compiègne, 1995. http://www.theses.fr/1995COMP854S.
Abstract:
L'objectif de cette thèse est de modéliser et d'identifier le comportement intérieur des matériaux composites tisses taffetas, serge, satin et hybride, en fonction du comportement de ses constituants de base. La difficulté majeure réside dans la complexité géométrique du composite tissu. L'originalité de ce travail est d'avoir introduit la notion délicate de l'interphase qui fait tant défaut a de nombreuses approches. Cette entité désormais non nulle est structuree en un matériau multicouche compose d'anneaux isotropes. En se basant sur le modèle développe par theocaris, une variation continue est supposée pour les modules dans une zone annulaire autour de la fibre. Un élément fini solide a été développe pour la formulation de l'interphase. Cet élément introduit dans un code d'éléments finis ayant un bloc d'homogénéisation a donne d'excellents résultats quant au comportement élastique d'une mèche verre/époxyde. Au delà du comportement de la mèche, ce travail est étendue a la modélisation analytique (2d) et numérique (3d) du comportement élastique des matériaux composites tisses en intégrant la particularité de la microstructure. Le modèle analytique utilisant la théorie de la stratification et les paramètres de la microstructure ondulée des tissus a cerne, de façon efficace, le rôle joue par le décalage des motifs entre les tissus lors de l'empilement. Cette influence, ayant une incidence directe sur les performances locales du composite tisse, interpelle les utilisateurs et les techniciens de la mise en oeuvre. La modélisation numérique utilise le développement asymptotique pour les milieux périodiques. Au delà des composites a renforts de types taffetas, le serge de 2 et le satin de 5 ont exige une définition d'un v. E. R. Avec un problème de périodicité hors axes. Cette modélisation tridimensionnelle est utilisée pour avoir une réflexion sur l'influence des paramètres tels que les caractéristiques mécaniques de chaque constituant, la largeur d'une mèche, l'écartement entre mèches, l'épaisseur de résine entre couches et le taux de fibres volumique dans les mèches sur les constantes élastiques. La partie liée à l'analyse des contraintes locales a permis d'appliquer des critères de rupture de type von-mises pour la résine et tsai 3d pour les mèches
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Lansiaux, Henri. "Élaboration et caractérisation de renforts tissés 3D interlock chaine en lin pour matériaux composites." Thesis, Lille 1, 2020. http://www.theses.fr/2020LIL1I041.
Abstract:
La caractérisation multi-échelle des préformes textiles en fibres naturelles est un moyen indispensable pour comprendre et évaluer les propriétés mécaniques et le comportement du composite. Dans cette étude, une caractérisation expérimentale multi-échelle est réalisée sur des tissus 3D interlock chaine en fibre de lin à l'échelle des fibres (micro), des mèches (méso), des tissus et des matériaux composites (macro). Les propriétés mécaniques en traction de la fibre de lin ont été déterminées en utilisant la méthodologie de l'IFBT. L'effet de la torsion a également été pris en compte dans le calcul de la rigidité de la fibre et a révélé les limites de la loi des mélanges et d'autres modèles. Des essais de traction sur des mèches sèches ont été effectués en considérant différents niveaux de torsion afin de déterminer le niveau de torsion optimal pour tisser 3D la mèche de lin. Les résultats révèlent l'importance de considérer les propriétés de la fibre et des mèches à ces échelles pour déterminer la matière première la plus adéquate pour le tissage. A l'échelle du tissu, dix sept tissus 3D interlocks chaines ont été réalisés pour comprendre l’influence des paramètres produits sur les paramètres textiles et sur le comportement mécanique. La caractérisation des structures tissées 3D interlock chaine montre le rôle prépondérant des mèches sur les propriétés structurelles et mécaniques. A l'échelle macroscopique suivante, les six structures résinées ont permis d'établir des relations entre les structures de renfort et les matériaux composites associés. Couplé à l'ensemble de ces études, une approche statistique a permis d'apporter une vision globale des paramètres produits qui influent sur les tissus 3D interlock chaine et les matériaux composites associésThe multi-scale characterisation of textile preforms made with natural fibres is a necessary method to understand and analyse the mechanical properties and behaviour of the composite. In this study, a multi-scale experimental characterisation is carried out on 3D warp interlock fabrics made with flax fibres at the fibre (micro), yarns (meso), fabric and composites (macro) scales. The mechanical tensile properties of the flax fibre were determined using the IFBT methodology. The twist effect was also taken into account in the calculation of fibre stiffness and revealed the limits of the rules of mixtures and some other models. Tensile tests on dry rovings were carried out considering different levels of twist, in order to determine the optimal twist level suited for 3D weaving process. The results reveal the importance of considering the properties of the fibre and the yarn at these scales to determine the most suitable material for weaving. At the fabric scale, seventeen 3D warp interlock fabrics were produced to understand the influence of product parameters on textile parameters and mechanical behaviour. The characterisation of 3D warp interlock woven structures shows the predominant role of yarns on structural and mechanical properties. On the following macroscopic scale, the six impregnated structures have enabled relationships to be established between the reinforcing structures and the associated composite materials. Coupled with these studies, a statistical approach provided a global vision of the product parameters that influence the 3D interlock warp interlock fabrics and the associated composite materials
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Lefebvre, Marie. "Résistance à l’impact balistique de matériaux composites à renforts Interlocks tissés : application au blindage de véhicules." Valenciennes, 2011. https://ged.uphf.fr/nuxeo/site/esupversions/25e254d5-2d8c-4d76-9959-cb97a45dcce8.
Abstract:
Cette étude s’inscrit dans le cadre d’une recherche exploratoire innovante (REI), financée par la DGA et vise à étudier le comportement à l’impact de matériaux composites à renfort Interlock. L’objectif final de ce travail est d’intégrer dans des blindages de véhicules terrestres, un matériau composite à renfort tissé Interlock de fibres hautes performances qui sera placé à l’arrière d’un matériau métallique utilisé pour fragmenter le projectile, ici un FSP, au moment de l’impact. Le matériau composite aura un rôle d’absorbeur d’énergie durant l’impact et permettra d’arrêter les fragments métalliques suite à la pénétration du blindage métallique par le projectile. La réalisation de ce matériau passe par l’élaboration des structures tissées Interlocks sur une machine à tisser manuelle puis à la mise en œuvre des tissus par techniques d’infusion. Les matériaux sont ensuite testés en condition d’impact réel. Un critère de comparaison a été établi en prenant en compte la vitesse limite de perforation (Vlp) du matériau et les masses surfaciques de chaque structure testée afin de ramener les performances balistiques à iso masse. Pour cette étude nous avons choisi de fabriquer trois architectures Interlocks ayant des paramètres de tissage identiques. Nous avons choisi d’utiliser deux types de fibres, du Kevlar® et du Vectran® pour chaque structures. La modification du procédé de tissage et de l’infusion des matériaux a permis de faire ressortir deux structures Interlocks en Vectran® présentant un critère d’impact équivalent aux structures actuellement utilisées dans le domaine du blindage de véhiculeThis study is a part of an innovative exploratory research with the financial support of the DGA. The aim is to study the impact behaviour of Interlock composite materials. The final objective is to integrate a composite material based on Interlock weaving structure into vehicle armor system that will be placed as backing of a metal panel used to fragment the FSP projectile during the impact. The composite materials should absorb the impact energy during impact and stop the metal fragments after penetration of the metal panel by the projectile. The fabrication of these materials leads to create woven Interlock structures on a weaving loom and the implementation of the fabrics by infusion process. The materials are then impacted. A criterion of comparison was used, taking into account the speed limit perforation of the material and the area density of each impacted structures in order to compare the ballistic performance at the same weight. For this study we have made the choice to produce three Interlocks weaving structures with the same weaving parameters. We also choose to use two types of fibres, Kevlar® and Vectran® for each structure. The change of the weaving process and the infusion of materials allowed us to bring out two Interlocks structures composed of Vectran® fibres with the impact criterion equivalent to the structures currently used in the field of vehicle armor
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Ratiarisoa, Lisa Barbara. "Etude de matériaux naturels 2D : Potentialités d'utilisation comme renfort de matériaux composites." Thesis, Antilles, 2019. http://www.theses.fr/2019ANTI0393.
Abstract:
Face à la prise de conscience mondiale de la crise écologique, sociale et économique, lespotentialités de renforcement de composites par un matériau lignocellulosique, naturellement sousforme textile, les gaines foliaires du cocotier Cocos nucifera L. ont été évaluées dans ce travail. Laphase exploratoire de caractérisation des gaines a montré que cette ressource se présente sous laforme d’un textile bidirectionnel composé majoritairement de cellulose. Comparativement auxrenforts végétaux classiques, elle se montre moins hygroscopique, plus légère avec de meilleurespropriétés à la traction dans les directions préférentielles des fibres. Concernant la campagneexpérimentale sur l’impact des traitements, les gaines traitées à la xylanase et à la laccase neprésentent qu’une légère modification chimique de surface. Les fibres pyrolysées se montrent plushydrophobes mais moins résistantes traduisant un endommagement de ces dernières. Les gainestraitées à la chaux présentent une plus grande stabilité thermique. Ainsi, les gaines brutes ont étéretenues pour renforcer les panneaux de particules, la température de mise en oeuvre des panneauxétant inférieure à la température de début de dégradation des gaines non traitées. Le panneaurevêtu sur ses deux faces par la partie haute des gaines brutes constitue le candidat le plusprometteur pour le développement d’éco-isolant thermique. Une partie de ses propriétésmécaniques et physiques satisfait les exigences requises par les normes américaines eteuropéennes. Ses caractéristiques thermiques sont similaires à celles relevées dans la bibliographiepour les panneaux de faible masse volumique à particules lignocellulosiquesFacing the worldwide environmental, social and economic crisis awareness, the possibility ofreinforcing composites by a lignocellulosic textile reinforcement, the coconut leaf sheaths fromCocos nucifera L. was assessed in this work. The exploratory phase of sheaths characterizationhas shown that this resource forms a two-way textile made up of cellulose mostly. In contrast toclassic vegetable reinforcements, it is less hygroscopic, lighter with best tensile mechanicalproperties in preferential fibers directions. About the experimental campaign on the treatmentseffect, xylanase and laccase treated sheaths show a slight surface chemical change. Pyrolysedfibers are more hydrophobic but less resistant translating a damaging of them. Lime treatedsheaths show a higher thermal stability. Thus, raw sheaths were retained to reinforceparticleboards, the temperature of panels manufacture being lower than the start degradationtemperature of the raw sheaths. The two-faces panel covered with raw sheaths top part forms themost promising candidate to develop thermal eco-insulator. Some of its mechanical and physicalproperties fulfill american and european standards. Its thermal properties are similar to the onesnoticed in the bibliography for low density lignocellulosic particleboards
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Labanieh, Ahmad Rashed. "Développement de renfort 3D multiaxial tissé pour les structures de composite : technologie, modélisation et optimisation." Thesis, Lille 1, 2014. http://www.theses.fr/2014LIL10163/document.
Abstract:
La technologie de tissage 3D a été développée comme une réponse à la faible résistance au délaminage des structures de composite stratifiées en insérant des renforts fibreux dans l’épaisseur de la structure. Pourtant, cette technologie ne permet pas de positionner des fibres dans le plan autre que dans les directions à 0° et 90°. Cela implique de faibles résistances au cisaillement dans le plan. Pour cela une technologie de tissage 3D multiaxial a été développée permettant une insertion de fils dans d’autres orientations du plan. Dans cette thèse, une nouvelle technique dédié à produire des préformes 3D multiaxial tissées avec la possibilité de contrôler l’ordre des couches est présentée. Les paramètres des fils constitutifs et de la cellule unitaire des échantillons fabriqués sont mesurés avec l’investigation de la géométrie des fils (section et trajectoire) au sein de la structure. Associé à ces développements expérimentaux, un modèle géométrique, en tant qu’outil de conception permettant de décrire les préformes élaborées, a été développé. Cette modélisation géométrique permet de générer un VER, à l’échelle mésoscopique de la structure. Afin d’évaluer l’influence de ces préformes 3D sur les caractéristiques mécaniques, une chaîne numérique par éléments finis a été mise en place afin de calculer le comportement élastique équivalent. Les résultats sur les propriétés élastiques permettent de quantifier l’apport des fils dans le plan, comparativement aux structures 3D tissées. L’influence de l’ordre des couches dans l’épaisseur est également mis en évidence sur la minimisation des contraintes interlaminaires sur les dans le composite3D weaving technology is developed in response to the poor delamination resistance of laminated composite structures by insertion through the thickness fiber reinforcements. However, this technology is limited relatively to a possibility to insert in-plane yarns oriented other than 0° and 90°. This results in reduction of the in-plane off axis tensile properties and the in-plane shear resistance. Therefore, 3D multiaxis weaving technology has been developed in order to enable this insertion. In the thesis, a novel technique able to produce 3D multiaxis woven preforms is presented with the possibility to control the sequencing of yarn layers. The constitutive yarns and unit cell parameters of the produced samples have been measured with investigation of yarns geometry (cross section shape and path) within the structure, by analyzing the captured micrographs for the samples cross section. Predictive geometrical model has been developed. This model is indispensable design tool providing approximate estimation of the geometrical properties of the dry preforms and composites. Moreover, a geometric modeling approach is improved helping to construct an RVE of this structure as accurate as possible based on the elaborated geometrical characterization. Based on the developed RVE, a mechanical modeling has been also improved and completed using the finite element method serving firstly, to evaluate the bias yarns effect on the elastic stiffness and in-plane off-axis properties in comparison with equivalent 3D orthogonal woven composite. Secondly, it helps to investigate the influence of the in-plane layers sequence on the induced interlaminare stresses at the composite free edges
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Cousigné, Olivier. "Contribution au développement de la simulation numérique des matériaux composites à renforts tissés pour l'application au crash." Thesis, Valenciennes, 2013. http://www.theses.fr/2013VALE0029/document.
Abstract:
Cette étude présente le développement d'une méthode expérimentale et numérique de caractérisation du comportement d'un matériau composite à renforts tissés, depuis l'échelle microscopique jusqu'au niveau macroscopique, en augmentant progressivement la complexité des géométries et des cas de chargement. Un nouveau modèle matériau numérique a été développé sous la forme d'un UMAT pour le logiciel éléments finis LS-DYNA. Ce modèle est capable de prédire un comportement linéaire ou non-linéaire, la déformation plastique, la rupture et l'endommagement progressif du matériau après rupture, tout en respectant les différentes restrictions imposées par le domaine industriel. Une formulation non-locale a été implémentée afin d'éviter les phénomènes indésirables de localisation de l'endommagement et d'offrir l'indépendance du modèle à la finesse du maillage. La première étape du processus de validation est la simulation des essais quasi-statiques sur des échantillons, ce qui permet de définir les paramètres numériques fondamentaux correspondant aux propriétés mécaniques et au comportement macroscopique du matériau étudié. Ensuite, les simulations d'impact assurent l'étude des modèles de dégradation. Une bonne corrélation a été obtenue pour les différents cas de chargementThis study presents the development of an experimental and numerical material characterization method relying on the investigation of the material behavior of woven composites, from the microscopic scale up to the macroscopic level by increasing progressively the complexity of the geometries and load cases. Taking into account the different limitations imposed by the industrial and engineering fields, a new numerical mesh-insensitive material model has been developed as a UMAT for the explicit finite elements solver LS-DYNA. This model accounts for nonlinearity, plasticity, failure and post-failure damage in order to predict the macroscopic behavior and the damage tolerance of woven laminated composites. It includes also a smeared formulation to avoid undesirable localization phenomena. The first step of the validation process relies on the simulation of quasi-static coupon tests, which allows to set the fundamental numerical parameters corresponding to the effective material properties and to the macroscopic behavior observed experimentally. Then, the post-failure material degradation models have been investigated using the simulations of impact tests on elementary plates and on representative parts. A satisfying agreement has been obtained for the different load cases
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Wang, Jie. "Simulation macro-méso de la mise en forme de renforts tissés interlocks." Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSEI075.
Abstract:
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 expérimentauxThe forming stage in the RTM process is crucial because it strongly influences the mechanical behavior of composites in service. In order to better predict the appearance of possible defects of composite materials, numerical simulations are increasingly developed taking into account the duration and the cost of experiences. Deformations and orientations of yarns at the mesoscopic scale are essential to simulate the resin flow in the stage of injection. Given the number of elements and their complex interactions, it is difficult to conduct the shaping simulations for the entire reinforcement at this mesoscopic scale. This present thesis consists in developing a multiscale method that allows linking the macroscopic simulations of reinforcements and the mesoscopic modellings of RVE (representative volume element) during the forming process. Firstly, the numerical simulations for three different woven reinforcements at the macroscopic scale are carried out using an anisotropic hyperelastic constitutive law, by the finite element method with a dynamic explicit scheme. Then, the geometrical modelling of RVE at the mesoscopic scale are reconstituted based on the tomographic images. The mesoscopic displacement-deformation fields of woven reinforcements are determined from the macroscopic results and the position of the yarns. In order to take into consideration sliding effects of yarns, two approaches of mesoscopic simulations of RVE are developed. Finally, the mesoscopic numerical results are compared with the experimental results
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Scida, Daniel. "Étude et modélisation du comportement mécanique de matériaux composites à renforts tisses hybrides et non hybrides." Compiègne, 1998. http://www.theses.fr/1998COMP1168.
Abstract:
L'objectif de ce travail est d'apporter une aide à la décision quant au choix d'un matériau composite à renfort tissé hybride et non hybride pour une application où les effets du vieillissement conditionnent la décision. Cet objectif nécessite à la fois une approche expérimentale et théorique. L'approche expérimentale est menée, à partir d'essais standards (traction, flexion et torsion), par une caractérisation des propriétés élastiques et ultimes de chaque constituant (résine et unidirectionnel) et de chaque composite à renfort tissé. L'identification des mécanismes d'endommagement est ensuite obtenue sur la base des essais précédents puis d'essais de délaminage (mode I, II et mixte (I+II)) par l'utilisation d'une méthodologie associant les techniques d'émissions acoustiques et de microscopie. L'analyse met en évidence l'influence du vieillissement des résines, des fibres et des interfaces sur les modes de rupture du composite pouvant ainsi être très différents avant et après vieillissement. La seconde partie est consacrée à la modélisation du comportement mécanique des composites à armure hybride ou non dans les domaines élastiques et jusqu'à rupture. A partir d'une décomposition de la cellule de base, l'application de la théorie du stratifié permet de déterminer les propriétés élastiques 3D du composite en fonction des constituants, de l'armure, du titre des mèches et des caractéristiques géométriques puis de prédire les ruptures locales et finales du composite après prise en compte des endommagements successifs des constituants (résine et mèches). Le modèle aboutit à un logiciel de calcul nommé Mesotex permettant d'analyser aisément l'influence des paramètres structuraux (titre des mèches, armure, quantité de résine et hybridation) sur les propriétés élastiques et à rupture du composite. L'étude paramétrique conduit à faciliter le choix d'un matériau et d'atteindre un compromis coût/masse/performance optimisé.
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Marcin, Lionel. "MODÉLISATION DU COMPORTEMENT, DE L'ENDOMMAGEMENT ET DE LA RUPTURE DE MATÉRIAUX COMPOSITES À RENFORTS TISSÉS POUR LE DIMENSIONNEMENT ROBUSTE DE STRUCTURES." Phd thesis, Bordeaux 1, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00481601.
Abstract:
De par leur bonne tenue à l'impact, les matériaux composites tissés sont de bons candidats pour la conception de pièces aéronautiques. Toutefois, le manque de confiance dans les modèles se traduit par de lourdes campagnes expérimentales. L'augmentation de la part de simulation numérique et donc la réduction des coûts de certification passent par le développement d'outils permettant de dimensionner au plus juste les structures composites tissées à matrice organique (CMO) ou céramique (CMC). C'est dans ce cadre que s'inscrit cette thèse. Les formulations proposées par l'Onera afin de décrire l'effet de l'endommagement matriciel ont été adaptées et étendues pour prendre en compte les spécificités des matériaux de notre étude, en particulier la viscosité pour les CMO. Des essais sur pièces génériques ont été simulés et confrontés à l'expérience dans le but d'évaluer la pertinence des modèles développés. Ces comparaisons en partie validantes ont mis en évidence les limites des modèles dans le cadre de l'analyse de la tenue d'une structure présentant un gradient de contrainte. Afin d'améliorer les prévisions des simulations, les effets de la rupture progressive ont été pris en compte dans les formulations. Pour s'affranchir de la localisation numérique de l'endommagement, une approche originale de régularisation couplant modélisation non locale de l'endommagement et taux d'endommagement limité a été développée. Les confrontations essai/calcul ont mis en évidence l'apport d'une modélisation plus fine des mécanismes d'endommagement et de rupture sur l'étude de la tenue de la structure. Compte tenu des nombreuses sources d'incertitudes, quelle confiance accorder à la simulation ? Pour répondre à cette question, l'effet des incertitudes sur des quantités d'intérêts (contrainte à rupture) a été évalué. Par ailleurs, une analyse de sensibilité (décomposition de variance) a été entreprise pour l'étude de faisabilité d'une démarche de capitalisation. Dans l'optique d'une démarche d'analyse de la tolérance aux défauts, l'efficacité de notre approche à traiter diverses singularités (taille, forme) est démontrée. Enfin, les limites de la modélisation macroscopique sont discutées.
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Beguinel, Johanna. "Interfacial adhesion in continuous fiber reinforced thermoplastic composites : from micro-scale to macro-scale." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSEI051.
Abstract:
L’intérêt croissant de l’industrie pour les matériaux composites thermoplastiques est motivé par leurs propriétés de thermoformabilité, de recyclabilité ainsi que leurs capacités de cadences de production élevées. Le développement de matériaux pré-imprégnés thermoplastiques, apparus dès les années 1980, s’est imposé comme un moyen efficace de contourner les fortes viscosités des polymères utilisés en réduisant la distance d’écoulement des polymères à l’état « fondu ». Cette étude s’est plus particulièrement intéressée au développement de composites à base de tissus de verre et de carbone pré-imprégnés par un latex acrylique, le TPREG I. En outre, les propriétés mécaniques élevées des matrices acryliques, alliées à un coût relativement faible, en font un matériau intéressant, de nature à permettre un saut technologique dans la conception et la fabrication de composites structuraux à matrice organique. Notre étude s’est concentrée sur la mesure de l’adhésion à l’interface fibre/matrice acrylique car cette région est au cœur du transfert de charge de la matrice vers les fibres et conditionne donc les propriétés mécaniques du composite. Nous avons choisi d’évaluer l’adhésion interfaciale en combinant des analyses de mouilllage avec des tests mécaniques aux échelles microscopique et macroscopique. Le test micromécanique de la microgoutte permet de mettre en évidence le rôle central de l’ensimage des fibres sur la contrainte de cisaillement interfaciale. L’adhésion thermodynamique, déterminé par des mesures d’énergie de surface, est en accord avec la contrainte de cisaillement et souligne l’influence de la polarité de l’ensimage. A l’échelle macroscopique, les essais de traction hors-axe sur composites unidirectionnels permettant de solliciter l’interface en cisaillement quasi-plan ont mis en exergue une corrélation entre les échelles micro et macro. L’étude a également permis de dégager une forte augmentation de l’adhésion grâce à une modification de la matrice acrylique, ainsi qu’une dégradation des propriétés interfaciales à l’échelle micro par vieillissement hydrolytique. Cette étude constitue une première base de données concernant les propriétés interfaciales de composites thermoplastiques acryliques et démontre l’importance d’une étude multi-échelles dans la conception de nouveaux compositesThe present study was initiated by the development of a new processing route, i.e. latex-dip impregnation, for thermoplastic (TP) acrylic semi-finished materials. The composites resulting from thermocompression of TPREG I plies were studied by focusing of interfacial adhesion. Indeed the fiber/matrix interface governs the stress transfer from matrix to fibers. Thus, a multi-scale analysis of acrylic matrix/fiber interfaces was conducted by considering microcomposites, as models for fiber-based composites, and unidirectional (UD)macro-composites. The study displayed various types of sized glass and carbon fibers. On one hand, the correlation between thermodynamic adhesion and practical adhesion, resulting from micromechanical testing, is discussed by highlighting the role of the physico-chemistry of the created interphase. Wetting and thermodynamical adhesion are driven by the polarity of the film former of the sizing. On the other hand, in-plane shear modulus values from off-axis tensile test results on UD composites are consistent with the quantitative analyses of the interfacial shear strength obtained from microcomposites. More specifically, both tests have enabled a differentiation of interface properties based on the fiber sizing nature for glass and carbon fiber-reinforced (micro-)composites. The study of overall mechanical and interface properties of glass and carbon fiber/acrylic composites revealed the need for tailoring interfacial adhesion. Modifications of the matrix led to successful increases of interfacial adhesion in glass fiber/acrylic composites. An additional hygrothermal ageing study evidenced a significant loss of interfacial shear strength at micro-scale which was not observed for UD composites. The results of this study are a first step towards a database of relevant interface properties of structural TP composites. Finally, the analyses of interfaces/phases at different scales demonstrate the importance of a multi-scale approach to tailor the final properties of composite parts
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El, Hage Christiane. "Modélisation du comportement élastique endommageable de matériaux composites à renfort tridimensionnel." Compiègne, 2006. http://www.theses.fr/2006COMP1642.
Abstract:
Cette thèse porte sur la modélisation du comportement élastique endommageable de matériaux composites à renfort 3D. L'étude s'articule autour de 3 points essentiels: la compréhension du processus d'endommagement, la modélisation analytique et l'étude d'optimisation des architectures des renforts. Les architectures carbones étudiées sont issues d'un tissage orthogonal 3D et de 5 tissages interlock. Ils sont soumis respectivement à une sollicitation de compression et de traction uniaxiale. La corrélation des signaux d'EA aux observations microscopiques permet de faire ressortir l'effet de l'architecture sur les phénomènes d'endommagements. Le comportement élastique endommageable jusqu'à la rupture est décrit à partir d'une dualité entre un modèle analytique d'homogénéisation et le critère 3D de Tsai-Wu, couplé à des critères d'endommagement. Ce modèle prend en compte la particularité géométrique des architectures des renforts. La partie optimisation est dédiée à la minimisation des VERThis thesis is dedicated to the modelling of the elastic damage behaviour composite material 3D reinforced. The study is articulated around three essential points: the comprehension of the damage process, analytical modelling and the optimization of architectures of the reinforcements. The studies of carbon architectures are resulting from an orthogonal weaving 3D and 5 Interlock. They are subjected respectively to compression and uniaxial tension tests. The correlation between signals of acoustic emission and the microscopic observations makes it possible to emphasize the effect of architecture on the phenomena of damages. The elastic damage behaviour until the rupture is described with a duality between an analytical model of homogenization and the criterion 3D of Tsai-Wu, coupled to damage criteria. This model takes into account the geometrical characteristic of architectures of the reinforcements. The optimization part is dedicated to minimization of the REV
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Aboura, Zoheir. "Etude du processus de délaminage mode I, mode II et mode mixte (I+II) de matériaux composites à renforts tissés à différentes vitesses de sollicitation." Compiègne, 1993. http://www.theses.fr/1993COMP626S.
Abstract:
Le present travail aborde l'etude des processus de delaminage mode i, mode ii et mode mixte (i+ii) de deux materiaux composites a renfort tisse taffetas dont les resines different. La premiere presentant une version rigide alors que la seconde est assouplie. Cette etude s'inscrit dans une phase preliminaire ou l'identification des endommagements associes aux grandeurs intrinseques de rupture contribueront a l'elaboration futur d'un critere local. Au prealable ce travail permet surtout d'expliquer la facon avec laquelle la resistance interlaminaire dans les tissus peut etre amelioree. Deux parties constituent cet ouvrage: la premiere partie nommee caracterisation englobe trois domaines: * une caracterisation mecanique classique. * une modelisation analytique du tissu taffetas capable de determiner en tous points de la structure les proprietes elastiques locales. * une caracterisation de l'endommagement. Pour cela une methodologie originale, basee sur les distributions d'amplitudes d'emissions acoustiques et les observations microscopiques, a ete mise au point afin d'identifier les differents types d'endommagements dans les structures tissees et d'etablir leur chronologie d'apparition en fonction du mode de sollicitation. La seconde partie est entierement consacree a l'effet de la vitesse de sollicitation sur le delaminage de ces deux materiaux. Elle permet d'etablir l'evolution des taux de restitution d'energie a l'amorcage et en propagation en fonction de la vitesse de sollicitation et la nature de la resine. Une explication de ces evolutions d'energies a ete proposee grace a une reflexion menee sur le role de chacun des mecanismes d'endommagements etablis en premiere partie associe aux resultats du modele analytique
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Badel, Pierre. "Analyse mésoscopique du comportement mécanique des renforts tissés de composites utilisant la tomographie aux rayons X." Lyon, INSA, 2008. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2008ISAL0085/these.pdf.
Abstract:
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 tomographieThe preforming stage of the RTM composite manufacturing process leads to fibrous reinforcement deformations which may be very large especially for double curvature shapes. The knowledge of the mechanical behavior of the reinforcements and their mesoscopic deformed geometry is necessary for various applications. A simulation method for woven composite fabric deformation at mesoscopic scale is presented. A specific continuum hypo-elastic constitutive model is proposed for the yarn behavior. The associated objective derivative is based on the fiber rotation. Spherical and deviatoric parts of the transverse behavior are uncoupled. X-ray tomography is used to obtain experimental undeformed and deformed 3D geometries of the textile reinforcements. The simulations performed on representative elementary volume are validated based on mechanical experimental tests and tomography images for the geometry
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Nguyen, Anh vu. "Matériaux composites à renfort végétal pour l'amélioration des performances de systèmes robotiques." Thesis, Clermont-Ferrand 2, 2015. http://www.theses.fr/2015CLF22606/document.
Abstract:
L’amélioration des performances des robots est un enjeu important dans le domaine industriel. Les objectifs visés sont l’augmentation de l’espace de travail, de la capacité de charge transportable, de la vitesse de travail et de la précision du robot. Pour atteindre ces objectifs, il faut en général augmenter la rigidité, diminuer la masse et augmenter la capacité d’amortissement du robot. Les robots actuels sont généralement fabriqués en métaux : aluminium ou acier, ce qui limite leurs performances en raison des faibles capacités d’amortissement des vibrations de ces matériaux. Les matériaux composites présentent l’avantage de combiner des matériaux différents, ce qui conduit à une variété de leurs performances. Parmi les types de renforts, les fibres de carbone présentent un module d’élasticité élevé permettant la conception de pièces de grandes rigidités statiques mais elles possèdent une faible capacité d’amortissement. Les fibres végétales, par contre, possèdent une faible densité, de bonnes propriétés spécifiques et des capacités d’amortissement élevées. Cette thèse porte sur l’amélioration des performances d’un robot parallèle 3CRS en utilisant des matériaux composites pour reconcevoir des pièces initialement fabriquées en aluminium. La thèse commence d’abord par une caractérisation des comportements statiques et dynamiques du robot initial constitué de bras en aluminium. Ensuite, la forme des segments des bras robotiques est optimisée par rapport aux sollicitations mécaniques sur le robot. Un nouveau composite stratifié hybride renforcé par des fibres de carbone et des fibres de lin est alors proposé. Cette combinaison permet d’allier les avantages des deux types de fibres dans un composite pour le dimensionnement des composants sous sollicitation élevée. La structure de ce nouveau composite a été optimisée puis un segment est fabriqué pour valider la conception. Finalement, l’étude du nouveau robot avec des bras en matériaux composites a été réalisée, les résultats montrent que la rigidité du robot augmente, sa masse diminue légèrement et sa capacité d’amortissement augmente considérablement par rapport au robot initial. Donc, l’application du composite stratifié hybride peut améliorer les performances statiques et dynamiques et augmenter significativement la précision en fonctionnement du robot 3CRSImprovement of the robot’s performances is a major challenge in the industrial field. In general, improvement objectives are increasing workspace, transportable capacity, speed and precision of the robot. To achieve these objectives, it must increase rigidity, reduce weight and increase damping capacity of the robot. Currently, the robots are generally made of metals: aluminum or steel, which limits their performances due to low damping capacity of these materials.Composite materials present an advantage to combine different materials, which leads to a variety of composite material properties. Among the types of reinforcements, carbon fibers show high modulus that enables robotic parts with high static rigidities to be designed. However, carbon fibers have generally a low damping capacity. Natural fibers have low density, good specific properties and high damping capacity.This thesis focuses on the improvement of the performances of the 3CRS parallel robot by using the composite material to redesign robot parts initially made of aluminum. The thesis begins with static and dynamic characterizations of the original robot. Then, the shape of segments of the robotic arms is optimized with respect to applying force on the robot. A hybrid laminated composite reinforced with carbon fibers and flax fibers is proposed for the use. This combination enables to combine the advantages of two fiber types in a composite for using in high loaded components. The structure of the new hybrid laminated composite is optimized and a composite segment is then fabricated in order to validate the design. Finally, the analysis of the new robot with composite arms is executed. The result shows that the new robot has a slightly higher rigidity, lighter mass and considerably greater damping capacity in comparison with the original robot. Therefore, the application of the hybrid composite could improve the static and dynamic performances and increases considerably the accuracy in operation of the robot 3CRS
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Risson, Tania. "Comportement en fluage de composites à renfort carbone et matrices époxyde et peek." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1998. http://bibli.ec-lyon.fr/exl-doc/TH_T1793_trisson.pdf.
Abstract:
Les excellentes propriétés mécaniques spécifiques (rapport performance / poids) des matériaux composites à fibres longues de carbone renforçant une matrice polymérique (CFRP) ont conduit depuis une vingtaine d'années à leur utilisation dans nombre d'applications de haute technologie. Néanmoins, les coûts de matière et de mise fin œuvre, leur faible résistance aux dommages et la méconnaissance de leur comportement à long terme sont les principales limitations à une diffusion encore plus importante. Plus particulièrement, dans le cas de pièces soumises à des conditions sévères de sollicitation (charges importantes et températures élevées), l'étude du comportement en fluage devient essentielle pour une conception optimale. L'enjeu scientifique se situe donc au niveau du développement de méthodes de caractérisation accélérée et de modélisation permettant une extrapolation fiable des résultats expérimentaux aux conditions réelles d'utilisation. Une bonne compréhension des mécanismes de dégradations intervenant sous sollicitation thermomécanique s'avère par conséquent nécessaire. Deux classes de composites sont considérées, l'une à matrice thermodurcissable (RTM), l'autre à matrice thermoplastique (APC-2). La première étape consiste à définir un domaine d'expérimentation pour les essais de fluage (en termes de température et de contrainte appliquée). Les différents aspects du comportement en fluage intervenant sous diverses conditions de sollicitations thermomécaniques sont ensuite analysés. Ces résultats sont complétés par une étude de l'évolution structurale des matériaux en cours d'essai. Pour la caractérisation de l'endommagement, deux types de méthodes sont employés : les techniques d'émission acoustique et de mesures de propriétés électriques sont utilisées pour le suivi de l'Initiation et de la propagation de dégradations en cours d'essai mécanique; une analyse par spectrométrie mécanique est réalisée afin de caractériser "l'état d'endommagement" des matériaux suite à l'application d'une sollicitation thermomécanique. L'ensemble des informations ainsi collectées permet l'élaboration d'une carte d'endommagement. La prévision du comportement à long terme peut finalement être abordée : une approche basée sur le principe de superposition Temps-Température-Contrainte est adoptée et complétée par une analyse plus physique inspirée du modèle microstructurai de PEREZ.
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Legrand, Nicolas. "Fatigue de composites à matrice métallique base titane à renfort unidirectionnel de fibres SiC." ENSMP, 1997. http://www.theses.fr/1997ENMP0844.
Abstract:
Ce travail a essayé de comprendre l'origine physique de la rupture en fatigue à haute température des composites à matrice métallique SCS6/TA6V, SM1140+/Ti6242 et SCS6/Ti6242. Le comportement en fatigue du matériau a été étudié selon deux orientations : longitudinale (axe de chargement parallèle à l'axe des fibres) et transversale (axe de sollicitation perpendiculaire à l'axe des fibres). En fatigue longitudinale, effectuée à 450 et 550°C sur le SCS6/TA6V, trois processus majeurs d'endommagement ont été identifiés : le report de charge global de la matrice aux fibres lié à son adoucissement cyclique, la dégradation locale des interfaces au droit des ruptures de fibres et la dégradation des propriétés à rupture du renfort par l'environnement. Les cinétiques d'endommagement de ces différents mécanismes ont pu être évaluées grâce à des observations et à l'émission acoustique. Un modèle micromécanique, prenant en compte le comportement statistique des fibres, a alors permis de confirmer et de quantifier l'influence de ces trois mécanismes d'endommagement sur la rupture en fatigue de composite. Il a ainsi été montré qu'à des niveaux de sollicitation suffisamment élevés (contrainte supérieure à 1000MPa), la dégradation locale des interfaces au droit des ruptures de fibres peut conditionner à elle seule la durée de vie en fatigue du composite. Enfin, en se basant sur les résultats expérimentaux d'émission acoustique, le modèle a permis, au moins semi quantitativement, d'être prédictif en cinétique d'endommagement et en ruptureThe primary objective of this work is to understand the physical origin of fatigue fracture at high temperature of metal matrix composites SCS6/Ti6-4, SM1140+/Ti6242 and SCS6/Ti6242. The fatigue behaviour of the material is studied in longitudinal (loading parallel to the fiber axis) and transverse (loading perpendicular to the fiber axis) orientations. In longitudinal fatigue, performed at 450 and 550°C on SCS6/Ti6-4 and SM1140+/Ti6242, three major damage mechanisms were identified : the global load transfer from matrix to fibers due to matrix cyclic softening (mechanism n°1), the local interfacial degradation close to broken (mechanim n°2) and the infuence of environment on mechanical fiber properties (mechanism n°3). Damage kinetics of these different mechanisms were identified experimentally using microscopic observations and acoustic emisson technic. A micromechanical modelling, taking into account of the statistical behaviour of fibers has confirmed and quantified influence of these mechanisms on fatigue fracture of the composite : with this model, it was demonstrated that for sufficiently high fatigue loadings (stress up to 1000 MPa), the local interfacial degradation near fiber failures may control fatigue life of the composite. At last, based on experimental acoustic emissions results, this modeling enables to predict both damage kinetics and rupture in fatigue. It is thus an interesting numerical tool to improve and optimize composite fatigue properties. As far as the transverse fatigue is concerned, it was determined in isothermal (at 600°C) and in non isothermal (between 200 and 600°C) conditions. In that orientation, damage mechanisms are due to interfacial debondings and slidings and oxidation of the carbon interface. A simple one dimensionnal "3 bars" model has been formulated (taking into account matrix viscoplasticity). It has demonstrated that cyclic viscoplasticity plays a key role in fatigue fracture along this orientation
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Najjar, Walid. "Contribution à la simulation de l'emboutissage de préformes textiles pour applications composites." Phd thesis, Paris, ENSAM, 2012. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00841194.
Abstract:
Dans le cadre de cette thèse, une modélisation par éléments finis continue renforcée discrète est développée. Le modèle est basé sur le concept de la cellule élémentaire, avec utilisation de connecteurs pour prendre en compte la rigidité en tension de la structure, et modéliser l'anisotropie du tissu et un élément coque pour décrire la rigidité en cisaillement et gérer le frottement et le contact avec les outils lors de la simulation du procédé de préformage. Les différents éléments de ce maillage spécifique sont générés automatiquement à l'aide des scripts pythons. Associés à ce choix de modélisation, les caractéristiques du comportement sont déterminées à l'aide d'essais expérimentaux conduits sur le renfort et d'une démarche de méthode inverse. Le comportement de ces différents éléments est choisi d'être linéaire élastique en premier lieu, et par la suite à évoluer pour devenir non linéaire. Ces développements numériques sont réalisés dans le logiciel Abaqus/ Explicit. Dans un second temps le modèle développé est utilisé dans le cadre de simulation de l'étape de préformage des renforts secs. A ce titre un démonstrateur expérimental développé dans le cadre de la thèse sert à obtenir des résultats expérimentaux pour corréler ces travaux de simulations. Des comparaisons avec des simulations mono-couche, hémisphérique, permettre de mettre en évidence l'influence des paramètres de simulations mises en jeu. Dans le cadre de préformages de plusieurs plis, l'influence des caractéristiques du contact / frottement est mise en évidence. Finalement une procédure d'automatisation afin de rendre la simulation plus ergonomique dans un contexte industriel est présentée. Cette procédure consiste à générer le maillage spécifique et mettre la simulation en donné dans Catia. Les simulations peuvent ainsi se réaliser sans le passage par Abaqus/CAE.
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Cadorin, Nicolas. "Optimisation et influence sur la santé matière des conditions d'usinage d'un composite CMO tissé 3D." Toulouse 3, 2015. http://www.theses.fr/2015TOU30380.
Abstract:
Ce travail s'intéresse à l'usinabilité d'un matériau composite tissé 3D lors du perçage avec un foret hélicoïdal trois lèvres et un trépan à grains diamant électro-déposés. Cette étude s'articule autour de trois volets. Dans le premier volet, l'impact des paramètres de coupe et du mode d'usinage sur la qualité d'usinage et les efforts de poussée est discuté. Les différents dommages générés, d'origine mécanique et thermique, et leur évolution en fonction des paramètres de coupe sont égélement étudiés et mis en parallèle avec le mode d'enlèvement de matière propre à chaque outil. Le second volet est dédié à l'analyse de l'usure des outils coupants et son impact sur les efforts de poussée et les dommages générés sur la paroi du trou. Des scénarios d'usure sont identifiés pour les deux outils testés et des paramètres optimaux de perçage sont finalement proposés. Enfin, le dernier volet se concentre sur l'influence de la signature d'usinage sur le comportement mécanique. A travers des essais de traction mumlti-instrumentés, l'influence du mode d'usinage et de la rugosité sur la paroi du trou sur la résistance mécanique d'une structure percée est discutée.
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Roussière, Fabrice. "Contribution à l'étude d'un non-tissé de fibres végétales pour le renforcement de matériaux composites." Lorient, 2010. http://www.theses.fr/2010LORIS171.
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Rozycki, Patrick. "Contribution au développement de lois de comportement pour matériaux composites soumis à l'impact." Valenciennes, 2000. https://ged.uphf.fr/nuxeo/site/esupversions/7111b587-a841-4752-8ca0-c24897f59bb2.
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Fiore, Lucien. "Contribution à l'étude du comportement en fatigue de matériaux composites à renfort verre unidirectionnel." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1988. http://www.theses.fr/1988ECDL0020.
Abstract:
Comportement en fatigue par flexion: 1) prevision des durees de vie a partir de lois simples, 2) analyse, en continu, des mecanismes d'endommagement par le couplage in situ de grandeurs macroscopiques
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Perreux, Dominique. "Prévisions de la durée de vie de matériaux composites verre-epoxy unidirectionnel, stratifié et tissé en contraintes complexes." Besançon, 1989. http://www.theses.fr/1989BESA2005.
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Bréard, Joël. "Matériaux composites à matrice polymère : modélisation numérique de la phase de remplissage du procédé R.T.M. et détermination expérimentale de la perméabilité d'un renfort fibreux." Le Havre, 1997. http://www.theses.fr/1997LEHA0006.
Abstract:
L'objectif de ce travail est de contribuer à améliorer la maitrise des conditions d'imprégnation d'un renfort fibreux par une resine polymère dans les procedes d'élaboration de matériaux composites de type R. T. M. Les phénomènes impliqués dans l'écoulement de la résine dans le renfort sont étudiés de façon expérimentale et numérique. Ces études ont été focalisées sur le terme de perméabilité du milieu poreux constitué par le renfort. Un modèle numérique d'écoulement isotherme d'un fluide au travers d'un milieu poreux anisotrope et non déformable est proposé. Les variations de porosité du fait de la compressibilité du renfort ou du tassement des fibres au seuil du point d'injection ne sont pas prises en compte. Cependant, nous introduisons le calcul du déplacement d'un fluide à travers un milieu poreux saturé déformable afin que cet aspect soit utilisé qualitativement dans la discussion de nos résultats. Des données précises doivent être introduites dans les codes de calcul, par exemple la perméabilité dans le cas de notre étude. Afin de déterminer les perméabilités directionnelles d'un renfort anisotrope, divers dispositifs expérimentaux ont été mis en œuvre. Ceux-ci nous ont permis de déterminer la perméabilité dans une direction pour un écoulement unidirectionnel, dans les directions principales pour des écoulements plans ou spatiaux. Dans ce dernier cas, un dispositif original a été conçu ou l'écoulement de fluide dans le milieu opaque du renfort est suivi par radioscopie X. Une analyse des différents résultats expérimentaux permet de quantifier, d'expliquer et de justifier l'influence des multiples paramètres liés au type d'écoulement, aux conditions d'injection, à la géométrie du moule et à la structure du renfort. L'étude comparative et paramétrique des méthodes de mesure de perméabilité contribue à l'objectif de mise en place d'un dispositif de mesure simple et normalise couplée à une méthode d'analyse bien adaptée.
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Michaux, Aurore. "Amélioration de la durée de vie de composites à matrice céramique à renfort carboné." Bordeaux 1, 2003. http://www.theses.fr/2003BOR12676.
Abstract:
L’objectif de ce travail était d'étudier l'influence des paramètres caractérisant les matrices autocicatrisantes et séquencées utilisées pour améliorer la durée de vie des composites à renforts de carbone. Ces paramètres sont la composition, la microstructure et les caractérisations thermomécanique et thermochimique des couches élémentaires constituant la matrice séquencée. La première partie du mémoire est consacrée à (i) la caractérisation de la réactivité à l'oxygène et (ii) la détermination des coefficients thermoélastiques des constituants du composite à renfort de carbone et à matrice séquencée. Dans la deuxième partie, il est proposé une optimisation de l'architecture à partir d'un travail de modélisation de la distribution des contraintes internes et d'un travail d'élaboration et de caractérisations de composites modèles 1D. Finalement, la dernière partie du mémoire est consacrée à la caractérisation thermomécanique des composites à texture multicouche à base de fibres de carbone et à matrice autocicatrisante et séquencée. Une optimisation de l'architecture de la matrice est notamment étudiée à partir d'essais de durée de vie à haute température en environnement oxydantThe goal of this work was to study the influence of parameters characterizing self-healing and layered matrices, which are used to improve lifetime of carbon fiber-reinforced composites. These parameters are the composition, microstructure, as well as the thermomechanical and thermochemical characteristics of each layer constitutive of the layered matrix. The first part of this work deals with (i) the characterization of the reactivity towards oxygen and (ii) the determination of the thermoelastic properties of all the constituants of the composite, including carbon fibers. In the second part, an optimization of the architecture of the layered matrix is proposed from the modelling of the internal stresses distribution and from the elaboration and characterization of model 1D composites. Finally, the last part deals with thermomechanical characterizations of 3D composites constituted by an interlocked carbon fiber preform and a self-healing and layered matrix. An optimization of the matrix architecture is more particularly studied, thanks to lifetime tests performed at high temperature in an oxidizing environment
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Cadinot, Séverine. "Aspects rhéologiques de la compressibilité d'un renfort fibreux pour matériaux composites : études en compression et relaxation." Le Havre, 2002. http://www.theses.fr/2002LEHA0017.
Abstract:
Ce travail a été consacré à l'étude de la compressibilité des renforts fibreux telle qu'elle se produit lors des procédés de mise en forme de type LCM destinés à la fabrication de pièces composites. Des tests de compression et de relaxation ont ainsi été menés afin d'observer l'influence de la structure du renfort et des paramètres de contrôle des procédés (vitesse de déformation, épaisseur initiale du renfort, contrainte maximale exercée). La réponse viscoélastique du renfort soumis à une contrainte de compression et sa structure poreuse double échelle nous ont amenés à opter pour une approche s'appuyant sur des modèles rhéologiques. De nouvelles relations constitutives ont été développées pour modéliser la réponse mécanique des renforts en compression et relaxation. Nous avons alors tenté de corréler, par l'analyse de ces modèles, le comportement global en compression des renforts avec les mécanismes de réarrangement et de régime frictionnelThe scope of the present work is to study the compressibility of fibrous reinforcements as it products during the manufacture of composite materials by LCM processes. Firstly compression and relaxation tests were carried out to observe the influence of type of reinforcement and control parameters of the processes (deformation rate, initial thickness of the fiber bed, maximal stress applied). We have opted for a rheological approach supported by the viscoelastic response of the fibrous material in connection with its double scale porosity structure. New constitutive equations were developped to model the mechanical response of fiber beds during compression and relaxation. By the analysis of the behavior of the rheological models examined we try to correlate the behavior of the reinforcements under compression with rearrangements and frictional effects
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Dafir, Driss. "Etude de l'influence du renfort sur la cinétique de précipitation dans un composite 6061/SiCp élabore par métallurgie des poudres." Lyon, INSA, 1993. http://www.theses.fr/1993ISAL0049.
Abstract:
Le but de ce travail a été une étude comparative des phénomènes de précipitation dans un alliage 6061 élaboré par métallurgie des poudres et dans le même alliage renforcé par une fraction volumique de 10% ou 20% de particules de SiC. Les cinétiques de précipitation ont été suivies essentiellement par mesure de pouvoir thermoélectrique. L'effet essentiel du renfort est d'abaisser le domaine de stabilité des phases semi-cohérente et incohérente et d'accélérer les cinétiques de précipitation. L'influence des diverses modifications microstructurales, dues au renfort, sur les cinétiques de précipitation a été analysée. En plus du rôle déjà bien connu des dislocations, ce travail met en évidence le rôle particulier ·des interfacesThe aim of this work was the investigation of the precipitation phenomena in a 6061 alloy elaborated by powder metallurgy either unreinforced or reinforced with a 10% or 20% volume fraction of SiC particles. The precipitation kinetics were mainly followed by TEP measurements and the TTP diagram of these materials was determined in the following range of temperature : from room temperature to 400 °C. The major effect of the reinforcement is to lower the stability domain of semi-coherent and coherent phases and to accelerate the precipitation kinetics. The influence of the microstructural modifications due to the introduction of the reinforcement on the precipitation kinetics were analysed. In addition ta the well-known effect of the dislocations, this work clearly evidences the particular role of the interfaces
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Gagné, Vincent. "Utilisation de profilés en matériaux composites dans les lignes aériennes de transport d'énergie électrique." Mémoire, Université de Sherbrooke, 2011. http://savoirs.usherbrooke.ca/handle/11143/1623.
Abstract:
Ce rapport présente les recherches qui ont été effectuées en vue de considérer l'utilisation des matériaux composites dans les lignes aériennes de transport d'énergie électrique. Le présent document débute par une introduction présentant quelques généralités sur les matériaux composites, telles que les constituants du matériau (fibres, résines, charges et additifs) et les procédés de fabrication. Dans cette introduction, on présente également les choix des fibres, des résines, des charges et des additifs qui sont spécialement utilisés dans le domaine du transport d'énergie électrique, sans oublier les caractéristiques et les avantages des matériaux composites pour une utilisation dans ce domaine. Cette section se termine en présentant les principaux fabricants nord-américains de profilés en matériaux composites servant des applications du génie civil. Les méthodes de calcul nécessaires à la conception de structures en matériaux composites sont par la suite présentées dans ce rapport. Les notions et les équations requises pour la conception de profilés en matériaux composites, selon la norme européenne Eurocomp, sont résumées : principes de conception en tension, en compression, en flexion, en cisaillement, ainsi que les principes de stabilité tels que le voilement de l'âme sous charges concentrées, le flambement et les effets combinés. On présente également d'autres méthodes de conception de membrures en matériaux composites qui ont été trouvées et analysées lors de la recherche bibliographique effectuée sur le sujet. On y expose, notamment, les principes de plusieurs manuels de dimensionnement de divers fabricants et les équations de chercheurs tels que Barbero, Lekhnitskii, Kollár, Qiao & Shan et Pecce & Cosenza. Au coeur de ce rapport, on retrouve le programme expérimental mis en place pour évaluer les principes de calcul précédemment énumérés dans le document. La méthode pour déterminer les propriétés mécaniques des profilés en matériaux composites testés en laboratoire ainsi que les résultats obtenus des essais sur les coupons sont résumés. On y présente également les essais en compression et en flexion qui ont été effectués dans les laboratoires de l'Université de Sherbrooke sur des membrures en matériaux composites telles que des cornières, des tubes carrés et rectangulaires, ainsi que des poutres section en I et en H. Une comparaison entre les résultats expérimentaux et les méthodes existantes de conception de profilés en matériaux composites est ensuite faite pour chacune des membrures testées en laboratoire. Le coeur du rapport se termine par la présentation des conceptions de structures en fibre de verre réalisées pour une ligne aérienne de transport d'énergie électrique de 69 kV. On retrouve donc dans cette section les hypothèses de calcul qui ont été utilisées pour la détermination des charges, les configurations des structures employées, la norme et les principes de conception qui ont été suivis, un résumé des membrures composant les structures ainsi qu'une analyse des coûts de cette ligne de 69 kV en matériaux composites. Le rapport se termine par une conclusion qui fait un retour sur les points importants exposés dans ce mémoire.
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Bassoumi, Amal. "Analyse et modélisation du choix des renforts pour optimiser la mise en forme de matériaux composites à base de fibres végétales." Thesis, Orléans, 2016. http://www.theses.fr/2016ORLE2053.
Abstract:
Cette thèse s’inscrit à mi-chemin entre l’étude de la déformabilité des structures tissées et la valorisation de la fibre de lin pour des applications dans le renforcement des matériaux composites. Le premier objectif de l’étude est de caractériser expérimentalement le comportement en flexion des mèches de différentes structures constituées de fibres de lin ainsi que des tissus de différentes armures. Les travaux ont abordé aussi des paramètres tels que l’humidité relative et la composition (des mèches comélées ou en lin pure). Le deuxième objectif des travaux est d’étudier le comportement en flexion des tissus en fonction du comportement en flexion des mèches. Cette partie a commencé par la modélisation géométrique des renforts tissés dans le but de suivre l’évolution de la section du tissu qui varie dans la direction de la flexion. La modélisation mésoscopique a permis de calculer analytiquement les propriétés géométriques du tissu en particulier son moment quadratique. Les résultats obtenus ont été utilisés dans la simulation de la flexion du tissu. L’étude a permis de voir jusqu’à quel point le comportement de la mèche et le moment quadratique du tissu pilotent le comportement en flexion du tissu. D’après ces travaux, le comportement en flexion du tissu semble être approché de façon satisfaisante sur toute la gamme de longueurs envisagées à partir de ces deux grandeurs sauf pour les forts taux d’humidité où d’autres phénomènes doivent être considérés. L’étude a souligné que la différence entre deux renforts testés expérimentalement peut être anticipée numériquement. Ainsi, le concepteur de tissus sera capable d’anticiper la rigidité expérimentale du tissu pour faire des tissages adaptés à la mise en forme du renfort. Une étude paramétrique de la flexion a été également réalisée dans le but de déduire les paramètres les plus influents sur lesquels il peut jouerThis thesis is halfway between the study of the deformability of woven structures and the use of flax fibre as reinforcement of composite materials. The first aim of the study is the experimental characterization of the bending behaviour of tows with different structures made of flax fibres and fabrics with different weaves. Parameters such as relative humidity and the composition (100% flax and commingled tows) were also considered. The second aim of the study is to link the bending behaviour of the fabric to the bending behaviour of its constituent tows. This part starts with the geometric modelling of woven fabrics in order to follow the variation of its section in the bending direction. Mesoscopic modelling allows the analytical calculation of the geometric properties of the fabric in particular its moment of inertia. The results obtained were used in the simulation of the fabrics bending to see how far the behaviour depends on the tows bending behaviour and the moment of inertia. The bending behaviour of the fabric seems to be approached satisfactorily from these two factors. This is verified within the range of lengths considered except for high humidity (in this case, other phenomena must be considered). The study pointed out that the difference between two reinforcements tested experimentally can be predicted numerically. Thus, the fabrics designer will be able to anticipate the experimental bending stiffness of the fabric in order to adapt the weaving to the shape forming. A parametric study of the bending was also achieved in order to deduce the most influential parameters of the fabric for an appropriate weaving
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Bouzouita, Sofien. "Optimisation des interfaces fibre-matrice de composites à renfort naturel." Phd thesis, Ecole Centrale de Lyon, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00769959.
Abstract:
Les fibres naturelles ont réussi à acquérir un grand intérêt à l'échelle académique et industrielle. Ces fibres sont résistantes, possèdent des densités relativement basses, ont de faibles coûts et proviennent de ressources renouvelables abondantes. Les mêmes techniques classiques peuvent être utilisées pour la mise en œuvre des composites à base de fibres naturelles. Tous ces avantages ont fait que des constructeurs automobiles, par exemple, s'intéressent massivement à intégrer des pièces en ce type de composite dans plusieurs modèles de leurs véhicules. Cependant, les problèmes de compatibilité entre les fibres lignocellulosiques et les thermoplastiques limitent le transfert de charge entre fibre et matrice et ainsi les propriétés mécaniques des composites. La durabilité de ces matériaux en présence d'eau ou d'humidité est aussi problématique à cause de la haute hydrophilie des fibres naturelles. Le but de ce travail est de mieux comprendre les phénomènes relatifs à la mise en œuvre et à la l'utilisation de matériaux composites à base de polypropylène renforcé par des fibres de chanvre. L'influence d'un séchage préalable des fibres et d'une nouvelle technique de pré-imprégnation à sec, appelée Fibroline, ont été particulièrement étudiées. Cette dernière consiste à soumettre une poudre et un substrat fibreux à imprégner à un champ électrique de haute tension. Celui-ci provoque l'accélération des grains et crée une parfaite répartition de la résine dans le support fibreux. Au cours de ce traitement, des modifications chimiques et physiques peuvent se produire et entraîner l'amélioration de l'adhésion fibre/matrice. L'influence des techniques de préparation et de mise en œuvre sur les propriétés morphologiques, chimiques et mécaniques des fibres a été analysée. Des observations MEB ont permis de mettre en évidence des modifications de la surface par apparition de micro-craquelures après séchage, application du champ électrique et surtout après double traitement (séchage et Fibroline). Des analyses chimiques par XPS (spectroscopie photo-électronique aux rayons X) des fibres ont montré aussi des modifications de la chimie des surfaces. Principalement des phénomènes d'oxydation sont apparus. D'autre part, la caractérisation mécanique par traction sur mono-filaments dans différents états, a montré une dégradation des propriétés des fibres lors de leur préparation et lors de la phase d'imprégnation en utilisant la technique Fibroline, comparé au cas brut de réception. Les propriétés interfaciales ont été analysées en utilisant trois techniques. D'une part mécaniquement en utilisant le test de fragmentation et le test de déchaussement de micro-goutte, et d'autre part, par suivit de cristallisation isotherme à l'aide de platine chauffante et microscopie optique en lumière polarisée. Les essais mécaniques ont montré l'amélioration de la résistance interfaciale des fibres pré-séchées et celles traitées par la technique Fibroline. Celles doublement traitées ont vu leurs propriétés interfaciales chuter. L'analyse sous conditions isothermes des phénomènes de cristallisation ont permis d'observer l'apparition de zones transcristallines uniformes dans les deux cas ayant été imprégnés par la technique Fibroline. Ceci peut être expliqué par les modifications apportées par cette technique au niveau des surfaces des fibres. [...]
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Baziard, Yves. "Synthèse sous micro-ondes et caractérisation physico-chimique de matériaux composites à matrice polymère thermodurcissable et à renfort métallique finement divisé." Toulouse, INPT, 1986. http://www.theses.fr/1986INPT002G.
Abstract:
Synthese a 2,45 ghz de resines de type dgeba renforcees de poudre d'aluminium et de cuivre; lors du traitement electromagnetique, les reactions de reticulation de la resine avec un durcissement anime activees thermiquement sont suivies en mesurant, en fonction du temps, les variations de la temperature des echantillons et des pertes dielectriques et de conduction a l'origine de l'echauffement de ces materiaux; evolution analogue du module d'elasticite et la constante dielectrique en fonction de la concentration en poudre metallique
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Hamdi, Khalil. "Fonctionnalisation de matériaux composites à renfort carbone et matrice thermoplastique par adjonction de nanocharges : élaboration et étude du comportement." Thesis, Compiègne, 2017. http://www.theses.fr/2017COMP2388/document.
Abstract:
Pour étendre l'utilisation des composites dans des applications plus variées (applications intelligentes et multifonctionnelles), l'une des barrières est leur faible conductivité électrique et thermique. Dans le cas de composites renforcés par des fibres de carbone, la matrice organique est responsable des propriétés isolantes du composite résultant. L'une des solutions pour améliorer les conductivités des matériaux est l'utilisation des nanocharges conductrices. L'amélioration des propriétés électriques et thermiques des polymères nanochargés est une problématique récurrente dans la littérature. Cependant, étudier les propriétés des composites à fibre de carbone continue et nanochargés est moins abordée. Ce travail porte sur la fabrication et la caractérisation des composites nanochargés par du noir de carbone et des nanotubes de carbone. Tout d'abord, un intérêt particulier a été accordé à la phase délicate de la fabrication. Comme mentionné ci-dessus, la mise en œuvre des composites à renfort continu et matrice nanochargée implique des problèmes liés à l'agglomération et à la dispersion inhomogène des nanocharges dans le composite final. Pour résoudre ces problèmes, le choix de la matrice thermoplastique (Polyamide 6) était judicieux. En fait, la dispersion des nanocharges a été faite par extrusion bi-vis qui est connue comme l'une des voies les plus efficaces de séparation d'agglomérats. De plus, la méthode de fabrication à base de films de Polyamide 6, appelée film stacking, assure une partition homogène dès le début du processus. Des observations MEB ont été effectuées pour localiser les nanoparticules. Ceux-là ont montré que les particules pénétraient dans la zone des fibres. En effet, en atteignant le cœur des torons, les nano-charges ont créé un réseau de connectivité entre les fibres pour le passage de courant. Ceci explique l'amélioration constatée de la conductivité électrique des composites en présence de noir de carbone et des nanotubes de carbone. Ces essais ont été réalisés avec la méthode à 4 points. La conductivité électrique du composite à matrice « pure » est passée de 20S / cm à 80S / cm en ajoutant 8% en poids de noir de carbone et à 15S / cm en ajoutant 18% en poids de la même charge nanométrique. Pour les nanotubes de carbone, avec 2,5% en poids, la conductivité était d'environ 150S / cm. Pour les propriétés thermiques, des tests basés sur l'effet Joule ont été réalisés. L'augmentation de la température a été enregistrée en utilisant une caméra IR. Les résultats obtenus sont en accord avec ceux de la conductivité électrique, montrant une amélioration du comportement thermique en présence de nanocharges. Grâce à ces résultats, l'utilisation de ces composites comme outil de suivi d’endommagement était possible. Par ailleurs, la méthode de variation de la résistance électrique a été effectuée. Les matériaux nanochargés ont montré une meilleure sensibilité aux endommagements. Les résultats ont été comparés aux outils classiques de suivi d’endommagement. A la fin, plusieurs applications « intelligentes » ont été testées telles que : le composite à gradients de propriétés et des matériaux nanochargés coususTo extend the use of composites in more varied application (smart applications, multifunctional issues), one of the actual barrier is their poor electrical and thermal conductivities. In the case of carbon fiber reinforced composites, organic matrix are in charge of the insulating properties of the resulting composite. One of the solutions to enhance conductivities of materials is the use of conductive nanofillers. Improving the electrical and thermal properties of nanofilled polymers has been investigated in several studies. However, studiing the properties of continuous carbon fiber nano-filled composites is less approached. This work tends to fabricate and characterize carbon black and carbon nanotubes nano-filled composites. First of all, special interest was given to the delicate phase of manufacturing. As mentioned before, processing continuous fiber reinforced nanofilled polymers implies issues related to nanofillers agglomeration and inhomogeneous dispersion in the final composite. To resolve these problems, the choice of the thermoplastic (Polyamide6) matrix seemed preferable. In fact, the dispersion of nanofillers was made by twin screw extrusion which is known as one of the most effective agglomeration separation ways. Adding to this, the fabrication method based on Polyamide 6 shects called film stacking, ensure a homogeneous partition at the beginning of the process. SEM observations were performed to localize the nano-particles. It showed that particles penetrated on the fiber zone. In fact, by reaching the fiber zone, the nano-fillers created network connectivity between fibers which means an easy pathway for the current. It explains the noticed improvement of the electrical conductivity of the composites by adding carbon black and carbon nanotube. This test was performed with the 4 points electrical circuit. It shows that electrical conductivity of 'neat' matrix composite passed from 20S/cm to 80S/cm by adding 8wt% of carbon black and to 15S/cm by adding 18wt% of the same nano-filler. For carbon nanotubes, with '2.5wt% the conductivity was around 150S/cm. For the thermal properties, tests based on Joule's effect were performed. The rise of temperature was recorded using IR camera. Results obtained are in agreement with the electrical conductivity ones, showing enhancement of the thermal behavior in presence of nanofillers. Thanks to these results, the use of these composites as a damage-monitoring tool was possible. By the way, the electrical resistance change method was performed. Nanofilled materials showed better sensitivity to damage. Results were compared with classical damage monitoring tools. At the end, several 'smart' applications were tested such as graded functionalities composite and stitched nanofilled materials
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Capelle, Emilie. "Conception et fabrication de renforts tissés à base de fibres de lin pour la réalisation de pièces composites à géométries complexes." Thesis, Orléans, 2015. http://www.theses.fr/2015ORLE2065.
Abstract:
Cette thèse s’intéresse au tissage et au préformage de renforts fibreux à base de fibres de lin. Avant d’être utilisés, ces fibres sont disposées en faisceaux de faible longueur (~ 30 mm en moyenne) et ont besoin d’être assemblées pour constituer un renfort linéaire continu. L’utilisation de rubans ou de rovings sans torsion est recommandée pour des applications composites. Dans un premier temps, cette étude se concentre sur l’élaboration et l’utilisation de rovings traités par un agent d’encollage et sans torsion ainsi que sur l’influence des paramètres du procédé de tissage sur les propriétés mécaniques et les caractéristiques textiles des renforts tissés. Pour éviter l’endommagement de ces rovings durant le tissage, des solutions sont proposées. Dans un second temps cette thèse s’intéresse à la mise en forme de ces renforts sur une géométrie complexe. Ce travail se concentre alors sur l’étape de préformage du procédé RTM. Une approche expérimentale est abordée pour identifier et quantifier les défauts apparaissant durant l’emboutissage sur une géométrie complexe comme le tétraèdre. Cette analyse se concentre en particulier sur le défaut de bouclage causé par un fléchissement des mèches. Des solutions comme l’optimisation de l’architecture des renforts sont observées pour obtenir cette géométrie complexe sans défaut avec des renforts à base de fibres de lin. La forme, le positionnement ainsi que la pression appliquée sur les serre-flans maintenant le renfort au cours du passage du poinçon influent également sur la génération des défauts. L’optimisation du procédé d’emboutissage pour empêcher l’apparition de boucles sur les préformes conclut ce travailThis work focuses on the weaving and forming of flax based reinforcements. Before being woven, naturalfibres on the form of finite length bundles (~ 30 mm in average for flax) need to be assembled together in a1D continuous product. The use of roving or slivers without twist is rather recommended for compositeapplications. In a first part, this study focuses on the manufacturing and the use of untwisted rovings treatedwith a bonding agent as well as on the weaving process parameters that may influence the mechanicalproperties and the textile characteristics of the woven fabric. Solutions to prevent roving defects duringweaving are proposed. In a second part, this study investigates the ability to develop composite parts with complex geometrieswithout defect. It focuses on the first step of RTM process which consists in forming dry fibrousreinforcements. An experimental approach is used to identify and quantify the defects. The buckling defectcaused by the bending of tows during the preforming step is particularly investigated. Solutions to realize acomplex shape such as a tetrahedron without any defect from flax based woven reinforcements areproposed. With optimized reinforcement architecture, buckling can be prevented. Another solutionconsisting in optimising the process parameters such as the blank holder geometry or the blank holderpressure to prevent the appearance of buckles from commercial fabrics was also investigated with success
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Amdouni, Nouredine. "Caractérisation et rôle d'une interphase élastomère au sein de matériaux composites polyépoxy-renfort de verre (particulaire ou fibreux)." Lyon, INSA, 1989. http://www.theses.fr/1989ISAL0064.
Abstract:
Le but du travail présenté est d'étudier l'effet de l'introduction d'une interphase à propriétés contrôlées entre le renfort et la matrice, sur les caractéristiques physico-chimiques, ainsi que les comportement viscoélastiques et mécaniques de matériaux composites. Des composites modèles à renforts particulaires (billes de verre) et matrice polyépoxy (DGEBA-DDA-BDMA) à différents taux volumiques, tailles et traitements de surface de billes de verre ont été étudiés. Cette étude a montré que la localisation d'une fine couche élastomère à l'interface renfort/matrice affecte peu les propriétés thermiques et élastiques mais améliore la résistance à l'impact (choc Charpy). Contrairement au traitement classique par agent de couplage (silane), l'enrobage élastomère de billes de verre accroît de façon notable la résistance à la propagation de fissure caractérisée par les facteurs KTC et GIC (analyse MLER). L'évolution de ceux-ci avec l'épaisseur de l'enrobage élastomère montre un maximum à une épaisseur de 2,87. Du rayon des particules en accord avec les modèles micro mécaniques développés dans la littérature. L'étude de matériaux composites unidirectionnels (UD) a montré que la transposition de la méthode d'insertion d'une interphase élastomère à la surface d'un renfort pouvait être faite pour les fibres de verre. La caractérisation des propriétés mécaniques dans ce cas a montré que les propriétés élastiques sont peu dépendantes de l'épaisseur de l'interphase. Par contre, la résistance à l'impact (choc Charpy) est nettement améliorée par rapport aux composites UD à base de fibres commerciales. De plus, des perspectives intéressantes sont offertes au vu du très bon comportement en fatigue en cisaillement dynamique dans l'axe des fibres. L'enrobage élastomère semble dans cas "accommoder" la déformation et retarder les mécanismes de rupture.
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Eguémann, Nicolas. "Etude du comportement mécanique de matériaux composites polymère PEEK / renfort fibre de carbone à architecture discontinue en plis." Thesis, Besançon, 2013. http://www.theses.fr/2013BESA2021.