Dissertations / Theses: 'Renforts 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.

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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 expérimentaux
Nowadays, 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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Azehaf, Ismael. "Modélisation du comportement mécanique et de la perméabilité des renforts tissés." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSEI079.

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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 3D
The 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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Zhao, Hang. "Comportement multifonctionnel des composites comportant des nano/micro renforts." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015SACLC020/document.

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Abstract:

En raison de leurs propriétés mécaniques, électriques et thermiques exceptionnelles, les nanotubes de carbone (NTC) ont reçu une importante attention mondiale. Les NTC ont un grand potentiel dans différents domaines d'applications tels que le stockage d'énergie et la microélectronique. Grâce à leur structure unidimensionnelle, leur important facteur d'aspect et leur faible densité, les NTC servent comme charges dans les composites. Par contre, en raison des fortes interactions entre eux, il est difficile de les disperser et de les aligner dans une matrice de polymère.Il est connu qu'une bonne conception d'hybrides, constitués de NTC verticalement lignés sur des substrats, améliore de manière significative la dispersion de ces derniers dans la matrice. Ces hybrides sont préparés par le procédé de dépôt chimique en phase vapeur (CVD). Une fois, ces hybrides sont dispersés dans la matrice du composite cela conduit à une nette amélioration des propriétés multifonctionnelles de ce composite. Les substrats utilisés dans cette thèse sont les nanoplaquettes de graphite (NPG) pour donner des hybrides NPG-NTC que nous appellerons par la suite GCHs. Les GCHs ont l'avantage d'avoir une faible densité et une structure totalement conductrice qui améliore les propriétés diélectriques et électriques des composites.Dans l'état de l'art, les relations entre l'organisation des GCHs et les conditions de synthèse par CVD et entre l'ajout des GCHs dans les composites et les réseaux conducteur interne dans les composites n'ont jamais été étudiées. Pour cela, dans cette thèse, nous allons soigneusement étudier et discuter ces problèmes mentionnés.Dans le premier chapitre, nous présentons une revue générale de la structure, des propriétés, des applications et de la synthèse des NTC et des NPG. Nous présentons aussi les procédures de l'intégration des nanoparticules dans des matrices polymères et les méthodes de fonctionnalisation des NTC. Nous discutons aussi des états électriques et les caractéristiques (di)électriques des composites en fonction de la quantité de la charge conductrice.Le deuxième chapitre présente tout d'abord la synthèse des NTC sur les NPG par CVD. Ensuite, l'influence des paramètres de la CVD, la température, la composition du gaz et le temps de la réaction, ont été étudié. Les résultats qualitatifs et quantitatifs obtenus d'après les caractérisations des ces hybrides peuvent servir comme base de données pour l'intégration et l'influence des ces hybrides dans les composites.Le troisième chapitre présente les composites binaires polyvinylidene fluoride/GCHs et leurs propriétés diélectriques qui sont nettement améliorées par rapport aux composites ternaires composés de polyvinylidene fluoride/NPG/NTC. Les composites obtenus par dispersion des GCHs dans la matrice à l'aide du procédé d'extrusion-injection, présentent un seuil de percolation fortement réduit (5,53 vol%) et une stabilité thermique relativement élevée. Leurs propriétés diélectriques améliorées peuvent être attribuées à des réseaux sous forme de micro-condensateurs et le changement de la cristallinité de la matrice peut être attribué à la bonne conception des hybrides.Le quatrième chapitre étudie les composites GCHs/polydiméthylsiloxane (PDMS) avec la haute performance piézo-résistive dans une large gamme de température. Le composite présente un seuil de percolation ultra-bas et une grande sensibilité piézo-résistive. En particulier, les autres améliorations des propriétés électriques obtenues dans les composites GCHs/PDMS par rapport à celles des composites à base de NTC/PDMS, de NPG/PDMS ou encore de NTC-NPG/PDMS. Les légers mouvements des doigts peuvent être détectés grâce à l'usage de ces films composites en tant que capteurs de mouvement
Due to the outstanding mechanical electrical and thermal properties, carbon nanotubes (CNTs) received worldwide attentions and intensive investigations in last decades. CNTs are greatly potential in applications such as energy storage and microelectronics. The one dimensional structure, high aspect ratio and low density, promote CNTs serving as the excellent fillers in composites field. However, due to the strong interactions, CNTs are usually difficult to be dispersed and aligned in a polymer matrix. Designing the CNTs construction reasonably is an effective way to ameliorate the dispersion states of CNTs in matrix. These specific hybrid constructions allowed CNTs arrays synthesized vertically onto the substrates through catalyst chemical vapor deposition method. These CNT arrays effectively overcome the problem of CNTs aggregation and promote the interconnection among CNTs, leading to a considerable improvement of multi-functional properties of composites. Graphite nanoplatelets (GNPs) served as substrate make their synthesizing products-GNP-CNTs hybrids (GCHs) possess distinct merits of all-carbon composition, totally-conductive coupling structure and the low intrinsic density. These GCHs constructions provide a great improvement in the dielectric and electrical properties of composites. However, the relationship between GCHs organization and synthesizing conditions during CVD process and the influence of the addition of GCHs to internal conductive networks have not been reported in detail. These mentioned issues will be investigated and discussed in this thesis, which is divided into four chapters:The first chapter makes a general review of the structure, properties, application and synthesis of CNTs and GNP substrates, and the main procedures of fabricating composites and surface functionalization of CNTs. Moreover, a short introduction of the development of micro-nano hybrids applied to the functional composites is made. Most importantly, the developing electrical states and (di) electrical characteristics of composites with ever-increasing conducting filler loading are reviewed in detail at the last part.The second chapter discusses firstly the synthesis process through the CCVD approach and the relationship between CVD parameters and the corresponding construction of GCHs, where the temperature, gas composition and reaction time were controlled. The constructions CNT arrays are dependent on the synthesis conditions. Furthermore, the results obtained from analysis can provide a structural foundation for the huge application potential of GCHs constructions. The third chapter introduces the poly(vinylidene fluoride)-based nanocomposites containing GCH particles, the dielectric properties of which are improved more greatly than the ternary composites loading equivalent mixture of GNPs and CNTs. The composites achieved by dispersing GCH particles into matrix using the mechanical melt-mixing process, showing a strongly reduced percolation threshold (5.53 vol %) and the relatively high thermal stability. Their improved dielectric properties can be attributed to the formed microcapacitor networks and the change of crystalline formation of matrix, caused by well-designed CNT arrays constructions. The fourth chapter investigates the advanced GCHs/ polydimethylsilicone (PDMS) composites with high piezo-resistive performance at wide temperature range. The synthesized GCHs can be well dispersed in the matrix through the mechanical blending process. The flexible composite shows an ultra-low percolation threshold (0.64 vol%) and high piezo-resistive sensitivity (gauge factor ~103 and pressure sensitivity ~ 0.6 kPa-1). Particularly, the much improvements of electrical properties achieved in GCHs/PDMS composites compared with composites filled with equivalent CNT, GNP or mixture of CNTs/GNPs. Slight motions of finger can be detected and distinguished accurately using the composites film as typical wearable sensor

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Di, Paola François. "Modélisation multi-échelles du comportement thermo-mécanique de composites à renforts sphériques." Phd thesis, Ecole Centrale Paris, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00554736.

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Abstract:

Ce travail de thèse a porté sur la simulation numérique du comportement thermique et mécanique d'un combustible nucléaire à particules. Il s'agit d'un composite réfractaire constitué d'une matrice de graphite comportant 45 % en fraction volumique de particules sphériquesd'UO2 revêtues de deux couches de pyrocarbone. L'objectif était de développer une modélisationmulti-échelles de ce composite afin d'estimer son comportement moyen, ainsi que les hétérogé-néités des champs mécaniques au sein des constituants. Nous avons modélisé la microstructuredu combustible et généré des échantillons numériques en 3D. Pour cela, des outils de générationde distributions aléatoires de sphères, de maillage et de caractérisation microstructurale, tellela covariance, ont été développés dans le code de calcul Cast3M. Une centaine d'échantillonsnumériques de différentes tailles ont été réalisés. Le comportement thermo-élastique du combustiblea été caractérisé à partir de ces échantillons, à l'aide de calculs de microstructures paréléments finis. Nous avons étudié l'influence de divers paramètres de la modélisation, dont lesconditions aux limites. Nous proposons une méthode pour s'affranchir des effets des conditionsaux limites sur les résultats, appelée méthode d'érosion. Elle s'appuie sur l'analyse des résultatssur un érodé du volume élémentaire. Nous avons alors déterminé les propriétés effectives ducomposite (modules d'élasticité, conductivité thermique, dilatation thermique), ainsi que lesdistributions des champs mécaniques locaux au sein de la matrice. Enfin, nous avons proposéun modèle de changement d'échelles permettant d'obtenir, non seulement les valeurs moyennesdes variables mécaniques dans chaque phase, mais également leurs variances et covariances pourtout chargement macroscopique imposé. Cette approche statistique de changement d'échellespermet ainsi d'estimer la distribution des grandeurs mécaniques au sein de chaque phase ducomposite.

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Bounasser, Meriem. "Étude du comportement mécanique des renforts tressés pour les matériaux composites." Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSEI004.

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Abstract:

L'utilisation des composites à renforts fibreux est en continuelle croissance dans plusieurs domaines, tels que les industries aérospatiales, les transports et le génie civil. Cela est dû principalement à leur excellent ratio légèreté/performances. Les structures tressées font partie des structures textiles utilisées comme renforts pour les composites. Leur procédé de fabrication permet la réalisation de formes complexes et de géométries très variées. Cependant, les nombreux paramètres présents tant au niveau des matières utilisées qu'au niveau des procédés de mise en œuvre impliquent la nécessité de bien maitriser la technologie du tressage afin d'optimiser les paramètres de fabrication et de prédire le comportement final de ces structures de renfort. Ce projet de recherche constitue une étude des paramètres de tressage et du comportement mécanique des structures tressées. Cette étude comporte une partie expérimentale et une partie numérique. Dans la partie expérimentale, plusieurs renforts tressés tubulaires en fibre de carbone sont fabriqués à l'aide d'une machine de tressage radiale 2D couplée à un robot six axes. Des composites à base de ces renforts sont ensuite élaborés par le procédé RTM. Plusieurs essais expérimentaux sont réalisés pour caractériser le comportement des renforts secs et leurs composites afin de pouvoir évaluer l'influence des paramètres géométriques, comme l'angle de tressage, le diamètre de la tresse et le type de la tresse (biaxiale ou triaxiale), sur les propriétés mécaniques des tresses tubulaires. Dans la partie numérique de l'étude, la microtomographie aux rayons X est utilisée pour obtenir le modèle géométrique des renforts tressés. Une analyse par élément finis à l'échelle mésoscopique est réalisée en utilisant une loi de comportement hypoélastique implémentée dans Abaqus/Explicit à l'aide d'une subroutine Vumat
The use of textile composites is increasing in several areas, such as aerospace industries, transportation, civil engineering and others, due to their high strength-weight ratio. Braided structures are one of the textile reinforcements used in different industrial applications for the cost effectiveness of their manufacturing technique, its versatility and the wide range of shapes it can offer. The special structures with the special functionalities needed in each composite application make the braiding a delicate process that needs to be studied in order to fulfill the demands of each specific sector. This PhD project aims to achieve a proper understanding of the process, the structures, the various parameters and the behavior of the final products. The study is conducted using the Herzog 2D braiding machine of Ifth, which, combined with a 6 axes robot, can prototype 3D structures by over-braiding complex shaped mandrels. Multiple carbon fiber braided samples are produced by varying the process parameters (Braid angle, Braid's diameter ...) and characterized in order to assess the influence of these parameters on the braid's geometry and its mechanical properties. To reach a better understanding of the materials' behavior and to avoid the time-consuming trial and error manufacturing and testing way, a modeling procedure is necessary to support the experimental work and optimize the design phase of the braids. Different models have been developed by researchers to predict the properties of braids at different scales of the structure (microscopic - mesoscopic - macroscopic). This work will be focused on the finite element analysis at the meso-scale, i.e. the braid unit cell scale, which considers the orientation of the yarns and the braid's architecture. This analysis is conducted using a hypo-elastic constitutive law which is implemented in user subroutine Vumat in Abaqus/Explicit. In this work, the geometric model is obtained using micro-computed tomography, which is a nondestructive scanning technique that allows detailed and precise analysis of the geometry of a textile reinforcement

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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.

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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 correspondants
The 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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Wang, Jie. "Simulation macro-méso de la mise en forme de renforts tissés interlocks." Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSEI075.

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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 expérimentaux
The 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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Denis, Yvan. "Modélisation en grandes déformations du comportement hystérétique des renforts de composites : Application à l'estampage incrémental." Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSEI098.

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Abstract:

Les matériaux composites connaissent une croissance exponentielle d'utilisation que ce soit dans le domaine de l'aérospatial, l'aéronautique, l'automobile ou encore le sport. Cette évolution significative s'explique notamment par les excellentes propriétés mécaniques que propose ce genre de matériaux. De plus, le ratio caractéristiques/poids est extrêmement favorable à ces derniers puisqu'ils restent plus légers que les matériaux usuellement employés par le passé. Cependant, ils sont aussi extrêmement coûteux et moyennement maîtrisés comparés aux connaissances scientifiques qui existent pour les matériaux cristallins. L'outil de simulation numérique est donc devenu partie intégrante de l'amélioration des procédés de mise en forme, ce qui nécessite, entre autres, l'élaboration de modèles mécaniques. Jusqu'à maintenant, compte tenu des stratégies d'emboutissage utilisant un seul couple poinçon/matrice, les chargements étaient supposés monotones et donc les lois de comportement associées étaient hyperélastiques ou viscoélastiques. Toutefois, étant donné que la demande industrielle ne cesse de croître et la complexité des géométries demandées aussi, nous proposons au travers des travaux présentés ici, des approches innovantes et originales comme la mise en forme incrémentale et la gestion des conditions aux limites. Ces nouvelles approches induisent des variations de chargement en cisaillement ou en flexion et les modèles hyperélastiques ne sont donc plus suffisamment riches pour correctement modéliser les procédés d'estampage. L'étude du comportement hystérétique étant nouvelle pour les matériaux composites, les travaux présentés se focalisent alors sur les renforts secs. C'est ainsi qu'une approche expérimentale a été réalisée afin de connaître la réaction du tissé soumis à ce type de chargements non monotones. Puis, des modèles dissipatifs hystérétiques ont été établis en vue de les intégrer dans un logiciel de calcul par éléments finis. Enfin, des simulations numériques avec comparaisons expérimentales sont proposées, basiques au début pour valider les modèles puis plus complexes pour montrer l'intérêt de telles modélisations et de telles stratégies
Composite materials are experiencing exponential growth in use in the aerospace, aeronautics, automotive and sports sectors. This significant development is mainly due to the excellent mechanical properties offered by this type of material. In addition, the ratio characteristics/weight is extremely advantageous since they remain lighter than the materials usually used in the past. However, they are also extremely expensive and moderately understood compared to the scientific knowledge that exists for crystalline materials. Numerical simulation tool has therefore become an integral part of the improvement of shaping processes, which requires the development of mechanical models. Until now, given stamping strategies using a single punch/matrix pair, the loads were assumed to be monotonous and therefore the associated behavioural laws were hyperelastic or viscoelastic. However, given that industrial demand is constantly growing and the complexity of the geometries which is also increasing, we propose, through the work presented here, innovative and original approaches such as incremental forming and the management of boundary conditions. These new approaches induce cyclic loading variations in shear or bending and hyperelastic models are therefore no longer enough reliable to properly model stamping processes. As the study of hysteresis behaviour is new for composite materials, the work presented then focuses on dry reinforcements. Thus, an experimental approach was carried out to determine the reaction of the fabric once it was subjected to cyclic loading. Then, dissipative hysteretic models were established for integration into finite element calculation software. Finally, numerical simulations with experimental comparisons are proposed, initially basic to validate the model and then more complex to show the interest of such models and strategies

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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.

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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 composite
3D 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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Tran, Ich Thinh. "Contribution à l'étude expérimentale du comportement mécanique et de l'endommagement d'un composite stratifié à renforts tissu." Grenoble INPG, 1991. http://www.theses.fr/1991INPG0059.

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Abstract:

Le travail presente a pour objet l'evaluation experimentale du comportement mecanique et de l'endommagement anisotropes d'un materiau composite tissu de verre:resine epoxyde. Une methodologie experimentale, specifique pour les materiaux composites, a ete mise au point, en particulier pour les essais hors-axes. Les essais ont ete realises pour differentes orientations des eprouvettes en compression simple et en traction simple monotones croissantes et cycliques, ainsi qu'en compression sous differentes pressions de confinement. Les phenomenes suivants ont ete mis en evidence: la forte anisotropie du materiau; la forte sensibilite au signe des contraintes normales; la transition du comportement et des mecanismes d'endommagement et de rupture entre les orientations a 15 et a 30 de la direction des fibres de chaine du tissu; la non-coincidence des directions principales des contraintes et des deformations dans les essais hors-axes; l'apparition de deformations irreversibles des le debut du chargement; l'apparition de boucles d'hysteresis. L'endommagement du materiau a ete evalue, en fonction de l'orientation des contraintes, par l'evolution des modules de deformation axiaux, croises tangents et de cission. Pour des etats de contraintes complexes, le critere de tsai et wu sous-estime les resistances directionnelles; le critere de boehler prevoit correctement le comportement du materiau

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Abdul, Ghafour Tarek. "Analyse des irréversibilités lors de la mise en forme des renforts de composites." Thesis, Lyon, 2018. http://www.theses.fr/2018LYSEI083/document.

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Abstract:

Dans le contexte industriel de la mise en forme des matériaux composites à renforts fibreux, l’outil de simulation est devenu partie intégrante de l’amélioration des procédés. Aujourd’hui, les simulations numériques de la mise en forme des renforts fibreux sont pour la plupart basées sur une approche macroscopique et des modèles de matériaux continus dont on suppose que le comportement est non linéaire élastique, donc réversible. Or on sait que sous chargement non-monotones (charges et décharges), les renforts fibreux montrent d’importantes irréversibilités, liées notamment aux glissements entre mèches et entre fibres. La première partie de ce travail consiste à caractériser l’importance des irréversibilités par des tests de charges/décharges à l’échelle macroscopique en différents modes de déformation (flexion, cisaillement, compression) réalisés sur des renforts tissés. La seconde partie consiste à chercher des modèles de comportement qui décrivent l’anélasticité en flexion et en cisaillement et à les implémenter dans un code éléments finis. Une validation de ces modèles obtenus est faite par comparaison simulation-expérimentation des essais d’identification de flexion et de cisaillement plan. Cette partie est réalisée sur le logiciel PlasFib développé par l’INSA de Lyon, un code éléments-finis explicite en grande transformation proposant une approche macroscopique semi-discrète des renforts fibreux. La troisième partie consiste à simuler différents cas de mises en forme inspirées de pièces industrielles pour mettre en évidence les zones du renfort qui subissent des chargements non monotones (en flexion et en cisaillement) lors d’une mise en forme. Cela vise également à étudier l’importance de l’utilisation des modèles irréversibles pour simuler ces mises en forme en comparant les résultats des simulations obtenus avec des modèles de comportement réversibles avec ceux obtenus pour des modèles irréversibles
In the industrial context of shaping composite materials with fibrous reinforcements, the numerical simulation tool has become an integral part of process improvement. Today, numerical simulations of shaping fibrous reinforcements are mostly based on a macroscopic approach and continuous material models that have been assumed to be nonlinear elastic, thus reversible. However, under non-monotonous loading paths, the fibrous reinforcement shows significant irreversibility, particularly related to sliding between yarns and between fibers. First of all, we will try to characterize the importance of irreversibilities by cyclic tests (bending, in-plan shearing, compression) carried out on woven reinforcements. The second part consists in looking for behavior models that describe bending and in-plane shear irreversibilities to implement them in a finite element code. A validation of these behavior models is made by comparing simulation and experimental results of bending and in-plane shear identification tests. This part is realized on PlasFib, a software developed by INSA Lyon, based on finite element code in large deformation, proposing a macroscopic semi-discrete approach of fibrous reinforcements. The third part of the study will consist in simulating the shaping process of different industrial parts (or inspired by industrial parts). This will aim first at identifying loading cases apt to produce non-monotonous loading paths (in bending and in-plane shear) during the shaping process ; and second, at studying the importance of using irreversible models to simulate these shaping processes by comparing the results of simulations obtained with reversible behavior models with those obtained for irreversible behavior models

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Bonnafous, Claire. "Analyse multi échelle des mécanismes d'endommagement de composites chanvre/époxy à renforts tissés." Phd thesis, Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2010. http://www.theses.fr/2010ESMA0015.

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Abstract:

Le comportement mécanique de composites chanvre/époxy à renfort tissu a été étudié au moyen d'essais de traction aux différentes échelles des constituants. La variabilité des fibres naturelles a été prise en compte grâce à des analyses statistiques qui ont été intégrées dans un modèle analytique permettant d'obtenir une estimation des caractéristiques mécaniques des composites à partir de ses constituants élémentaires. Les mécanismes d'endommagement des composites ont été analysés par des observations microscopiques couplées à la technique d'émission acoustique et au suivi de la perte de rigidité. Les résultats ont montré une progression plus rapide de l'endommagement dans les composites chanvre/époxy [0/90]7 et [-45/+45]7 que dans leurs équivalents en composite verre/époxy pour un même taux volumique de fibres. De plus, les endommagements de l'interface fibre/matrice sont les plus nombreux et les plus précoces dans les composites chanvre/époxy. Les propriétés interfaciales et le transfert de charge à l'interface fibre/matrice des composites chanvre/époxy ont été étudiés grâce à des essais spécifiques instrumentés par photoélasticimétrie et corrélation d'images numériques. Les résultats de l'étude expérimentale ont montré une contrainte critique de cisaillement interfacial plus faible dans les composites chanvre/époxy que dans les composites verre/époxy. Les simulations numériques des tests de fragmentation ont fourni une estimation correcte de cette grandeur sur éprouvette monofilamentaire chanvre/époxy. Des tests d'optimisation ont également été réalisés en effectuant des traitements thermiques et chimiques des renforts
The mechanical behavior of hemp woven fabric/epoxy composites has been studied through tensile tests at the composite constituent scales. The variability of natural fibers has been considered thanks to statistical analyses. It has been integrated in an analytical modeling which has allowed to determine the mechanical properties of composites from elementary components ones. Damage mechanisms have been tracked with microscopic observations coupled with acoustic emission and stiffness loss measurements. Results have shown that the growth of damage is faster in [-45/+45]7 and [0/90]7 hemp/epoxy composites than in glass/epoxy ones, for the same fiber volume fraction. Moreover, fiber/matrix interface damage are the earliest and the most numerous damage in hemp/epoxy composites. The interfacial properties and the stress transfer at fiber/matrix interface in hemp/epoxy composites have been studied thanks to specific tests using photoelasticity and digital image correlation methods. Results have shown that the critical interfacial shear strength is lower for hemp/epoxy composites than for glass/epoxy ones. Numerical simulation of the fragmentation tests provides a correct estimation of this data for single hemp yarn specimen. Optimization tests have also been realized applying thermal and chemical treatments of reinforcement

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Tiar, Mohamed Amine. "Éléments finis spéciaux pour l’analyse linéaire et non-linéaire géométrique des structures composites à renforts fibreux." Thesis, Compiègne, 2017. http://www.theses.fr/2017COMP2345/document.

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Abstract:

La modélisation numérique des structures composites à renfort fibreux de géométrie complexe constitue un axe de recherche majeur afin de prédire correctement leur comportement mécanique. Dans ce contexte, l’étude menée dans ce travail de thèse porte sur le développement de nouveaux éléments finis basés sur une approche numérique multi-échelle, appelée Approche de la Fibre Projetée (AFP). Cette approche a l’avantage de tenir compte de la présence des fibres au sein d’un espace matrice sans les discrétiser, ce qui limite considérablement la taille du système à résoudre. Pour analyser le comportement des structures composites, plusieurs éléments finis 2D et 3D ont été développés et implémentés dans le code ABAQUS via la routine UEL. Plusieurs cas tests de validation sont considérés pour tester la précision et l’efficacité des éléments finis proposés et les résultats obtenus sont globalement en bon accord avec les solutions de référence. De plus, l’intérêt de la nouvelle approche (AFP) est particulièrement mis en exergue en étudiant des structures composites complexe à renfort 3D : une plaque sandwich cousue et une plaque sandwich à âme creuse renforcée par des fibres en forme de « 8 »
Numerical modeling of composite materials and structures with complex geometry of fiber reinforcement, such as stitched composites, constitutes a major research axis in order to correctly predict their mechanical behavior. Within this context, this study focuses on the development of new linear and nonlinear specific finite elements based on a multiscale numerical approach, called the Projected Fiber Approach (PFA). This numerical approach has the advantage of taking into account the presence of fi bers, long or short and distributed randomly or specifically, within a matrix space without discretizing them. Consequently, the obtained system of equations size is equivalent to that without reinforcement (matrix), which considerably reduces the computational cost. To analyze the linear and geometrically nonlinear behaviors of composite structures, two membrane finite elements, named PFT3 and PFQ4, and a 3D solid finite element, named PFH8, were developed and implemented into the commercial finite element code ABAQUS via the user element subroutine (UEL). Several numerical linear and nonlinear tests are considered to assess the accuracy and efficiency of the proposed composite finite elements, and the obtained results are globally in good agreement with the reference solutions. Moreover, the major interest of the PFA approach is particularly emphasized by studying two 3D complex reinforced composite structures: a stitched sandwich plate and a hollow core sandwich plate reinforced by "8" shape fibers

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Collomb, Jean. "Optimisation du processus de dimensionnement thermomécanique de Moule Autonome à Transfert Thermique Efficient pour transformation rapide des matériaux composites à renforts continus." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAA019/document.

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Abstract:

L’enjeu du projet MATTE est de proposer à terme un mode de transformation novateur utilisant des technologies parfaitement maîtrisées, pour la production haute cadence de structures composites hautes performances à fibres continues et résines thermoplastiques (composites TPFC) ou thermodure. Ce système fait partie des techniques dites Heat&Cool, bien connues dans le domaine de l’injection plastique. Il s’agit ici d’étendre ces techniques au domaine des matériaux composites structuraux. Par rapport aux moyens existant, ce procédé permettra d’intégrer en production : de nouvelles fonctions de contrôle, de réduire les consommations énergétique de l’ordre de 80%, les investissements périphériques de 30% et de tendre vers un temps de cycle complet inférieur à 3 minutes. Le procédé similaire dans les composite déjà existant est le RTM lourd, cependant il est très énergivore et ne permet de faire que de la moyen cadence dû à des cycles de cuisson assez long. Il est donc la référence pour quantifier les performances de la technologie MATTE
The issue of MATTE project is to propose an innovative process using perfectly controlled technologies for the production of structural composites high speed high performance with continuous fibers and thermoplastic resins (composites TPFC) or thermoset. This system is one of the techniques known as Heat & Cool, well known in the field of plastic injection. The aim of this technology is to extend these techniques to the field of structural composites. Compared to existing resources, this process will integrate in production: new monitoring functions, reduce energy consumption by about 80%, peripheral investments by 30% and to pursue a complete cycle time of less than 3 minutes. The similar method in the existing composite is the RTM, however, it is high energy consumption technology and do not allow high production rate. It is therefore the reference to quantify the performance of the MATTE technology

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Gentieu, Timothée. "Development of filled polymers for the replacement of ceramics used as ballistic protection layer." Thesis, Bordeaux, 2018. http://www.theses.fr/2018BORD0419.

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Abstract:

Les matériaux céramiques présentent généralement des propriétés mécaniques très intéressantes pour la réalisation de blindages. Ce sont des matériaux très durs et pourtant légers. Les plaques de blindages en céramique sont classiquement mises en forme par pressage à haute température de poudres, ce qui limite la taille et la forme des réalisations tout en impliquant un coût élevé. Une alternative pour produire ces pièces est le moulage d’un composite constitué de particules de céramiques dans une matrice époxy. Ce procédé permet de réduire le coût des pièces tout en autorisant des géométries plus complexes et des dimensions plus importantes.Le comportement mécanique de ce type de matériau dépend de multiples paramètres de conception : propriétés mécaniques des constituants (matrice polymère et particules céramiques), proportion volumique des deux phases, taille et distribution spatiale des particules ou encore l’adhésion entre les constituants. L’objectif de la thèse est d’évaluer l’influence de ces paramètres sur les propriétés d’usage du matériau. Pour ce faire, une analyse multi-échelle du matériau sous sollicitations quasi-statique et dynamique est réalisée.Plus précisément, les propriétés statiques et dynamiques du composite à renforts particulaires ont été déterminées pour différentes combinaisons de ces paramètres de conception. En particulier, le mécanisme de décohésion particule/matrice a été spécifiquement étudié. Les approches de Modèles de Zone Cohésive (CZM) et de Mécanique de la Rupture Finie (FFM) ont été utilisées pour modéliser ce phénomène et un fort effet de taille des particules a été observé
Ceramics have extensively been used for ballistic protection in the last decades. The combination of their mechanical properties makes them very interesting for armouring. Indeed, they exhibit a high hardness, large compression strength, high stiffness and low density. Ceramic armouring plates are commonly manufactured through a sintering process, where ceramic powders are pressed at high temperatures. This manufacturing process tends to limit the size and shape of components and imparts high costs. On the other hand, moulding using a polymer matrix composite provides an alternative process for developing lower cost parts whilst accommodating increased complexity of geometry and size.However, the mechanical behaviour of such a material is not completely known and depends on multiple design parameters: the mechanical properties of the phases, their volume fraction, the size and spatial distributions of the particles, and the adhesion between the components. The objective of the thesis is to evaluate the influence of the main morphological parameters on the overall mechanical properties, emphasising the influence of the particle/matrix adhesion. To do so, both numerical and experimental multiscale analyses of the material under quasi-static and dynamic loadings were carried out.More precisely, static and dynamic properties of the particle-reinforced composite have been determined for different combinations of the design variables. In particular, attention has been dedicated to the particle/matrix decohesion mechanism. Cohesive zone models (CZM) and Finite Fracture Mechanics (FFM) approaches were used to model this phenomenon and a strong effect of the particle size on debonding was observed

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Guignier, Claire. "Etude mécanique et physique de l'usure par frottement de renforts textiles de matériaux composites après croissance de nanotubes de carbone." Thesis, Mulhouse, 2017. http://www.theses.fr/2017MULH9233/document.

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Abstract:

Le renfort des matériaux composites via la croissance de nanotubes de carbone (NTC) directement à la surface des renforts textiles permet d'augmenter certaines propriétés des composites. La méthode flamme est la technique facilement industrialisable à la continue qui permet de réaliser la croissance des NTC sur des textiles. Cependant un procédé à la continue va engendrer des contraintes sur les renforts, ainsi le but de ces travaux de doctorat est de déterminer le comportement des textiles après la croissance de NTC, sous différentes contraintes de type industrielles, et d'évaluer leur influence sur la mise en œuvre et les propriétés des matériaux composites. Ces travaux ont mis en évidence la formation d'un film de transfert dès le début du frottement de surfaces textiles recouvertes de NTC contre une pièce métallique ou un autre textile de même nature. De plus, la présence des NTC a permis de mettre en évidence un comportement spécifique en indentation. La mouillabilité des surfaces avec une résine époxy n'est en revanche pas influencée par la présence des NTC, si ce n'est que très faiblement dans la dynamique du mouillage. Il a été montré que les conditions de croissance des NTC, notamment la nature du catalyseur, avaient une influence sur la résistance à long terme du film de transfert formé après frottement, sur l'adhésion des NTC sur les fibres de renfort, ainsi que sur la dynamique du mouillage avec de la résine époxy. Finalement, des matériaux composites ont été fabriqués avec des renforts avant et après usure de la surface présentant des NTC, dans le but d'étudier son influence sur les propriétés des composites. L'usure, se traduisant par la transformation des NTC en film de transfert, n'influence ni les propriétés électriques des matériaux, ni les propriétés mécaniques en flexion 3 points
Reinforcement of composite materials with carbon nanotubes (CNTs) grafted on textiles provides an increase in the properties of the composites. The flame method is the most rapid and the easiest industrialized technique to realize the growth of CNTs on textile surfaces. At an industrial scale, some strains will be applied between the CNTs’ growth step and the composite processing, which can cause damage on the CNTs and alter the positive contribution of the CNTs to the properties of composites. That is why the aim of this study is to determine the effect of different industrial stresses on the CNTs behaviour and their influence on the composite processing and composite properties. In this work, we highlighted the formation of a transfer film, composed of CNTs, during the friction of the CNTs against metallic pieces or against the same fabric. The presence of the CNTs shows a particular behaviour in indentation. However, the wettability with an epoxy resin is not influenced by the CNTs, except a little in the dynamic of the wettability. It has been shown that the growth condition of the CNTs, particularly the catalyst, has an influence on the long term resistivity of the transfer film formed by the friction, on the adhesion of the CNTs on the fibres and on the dynamic of the wettability with an epoxy resin. Finally, composite materials composed of CNTs growth fabrics before and after the wear of the surface, were manufactured in order to study the influence of the wear on the properties of the composite material. It appears that, the wear, causing the formation of the transfer film, has no influence on the electrical and flexural properties of the composite material

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Malchère, Annie. "Elaboration par mécanosynthèse, puis études structurales, microstructurales et mécanique d'un composite à base Al et à renforts nanométriques SiC." Paris 11, 1995. http://www.theses.fr/1995PA112315.

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Abstract:

L'aluminium, dû à sa faible densité (2,70), est attrayant pour des applications dans l'automobile, l'aëronautique et l'aërospatiale. La résistance mécanique de ce métal est alors ameliorée par l'ajout de renforts durs et insolubles de céramique. Dans ce cadre, l'objectif de ce travail est de déterminer les conditions d'élaboration d'une poudre composite à matrice Al et à dispersions particulaires renforçantes nanométriques sic (al/sic#p#n), par le procédé de méanosynthèe. Puis nous testons la validité de ce matériau, densifié et consolidé, soumis à une contrainte en compression. La poudre al/sic#p#n a été obtenue par un procédé de double mécanosynthèse. La première mécanosynthèse consiste en l'élaboration de cristallites nanométriques de bsic (5 nm), par un broyage énergétique d'un mélange équimolaire en Si et C. La seconde mécanosynthèse de ces produits de broyage avec une proportion volumique élevée d'Al (de 80 a 90% vol. ) permet la répartition des cristallites de bsic sous forme d'amas de taille inférieure ou égale a 70 nm. Une étude microstructurale du mélange pulvérulent montre que les cristallites d'Al sont aussi nanométriques (11 nm). L'étude des propriétés mécaniques par des essais en compression de la poudre composite al/sic#p#n densifiée et consolidée, fait apparaitre des propriétés très différentes de celles de composites Al renforcés par des particules céramiques micrométriques, ou encore de celles des composites ods ou dispal. La valeur de la contrainte maximale a la compression enregistrée (1,1 gpa), est en effet deux fois supérieure à celle généralement observée. Ce comportement inhabituel semble provenir de la structure nanométrique du materiau.

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Saulnier, Florence. "Influence de traitements physico-chimiques des renforts sur le comportement mécanique des composites à base de co-produits de bois." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00959532.

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Abstract:

Cette thèse porte sur le traitement de la farine de bois et son utilisation comme renforts de composites à matrice polymère. En effet, l'incompatibilité entre le bois, hydrophile, et les polymères, généralement hydrophobes, est la principale difficulté de mise en oeuvre des composites bois-polymère. Un traitement des renforts bois est alors nécessaire pour améliorer les propriétés mécaniques et hygroscopiques des composites. Un traitement par fluoration directe est ici proposé pour diminuer le caractère hydrophile du bois et augmenter son adhésion avec la matrice polymère. Après une phase de développement et de réglage du traitement, une caractérisation physico-chimique de la farine de bois non-traitée ou fluorée a été réalisée afin d'observer l'effet de la fluoration. Le greffage de fluor sur les constituants du bois a été validé, et une diminution du nombre des sites de sorption de l'eau dans le bois a été constatée. Cette réduction a conduit à une diminution de la teneur en eau du bois après fluoration. En outre, la structure physique des particules et le comportement thermique du bois n'ont pas été modifiés par le traitement. Des composites bois-polyester ont été fabriqués par moulage par compression à chaud, avec des renforts non-traités et fluorés. Ceux-ci ont été testés en traction, en flexion, et en fluage afin d'observer l'influence du traitement sur les propriétés mécaniques des composites. Par ailleurs, une caractérisation hygroscopique a également été conduite. Les résultats montrent que la fluoration directe des renforts permet d'améliorer les propriétés mécaniques et hygroscopiques des composites bois-polyester.

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Nasri, Mondher. "Analyse numérique et expérimentale de la mise en forme par estampage des renforts composites pour applications aéronautiques." Thesis, Toulouse, INPT, 2018. http://www.theses.fr/2018INPT0127/document.

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Abstract:

Ces travaux de thèse s’inscrivent dans un thème de recherche portant sur l’optimisation de la phase de conception et la préparation de la fabrication par estampage de pièces de formes complexes. Le préformage des renforts tissés secs est un enjeu important pour plusieurs procédés de production de pièces en matériaux composites tel que, par exemple, le procédé RTM (Resin Transfer Molding). Au cours de cette phase, la préforme est soumise à des déformations importantes. La connaissance du comportement du tissu sec est alors un enjeu majeur en vue de l’optimisation des procédés de mise en forme. Pour mettre en œuvre les renforts tissés, il est nécessaire de tenir compte de leurs caractéristiques intrinsèques aux différentes échelles, de leurs très grandes déformations en cisaillement et du comportement fortement orienté de ces matériaux. Un point important réside dans la détermination des orientations des renforts après formage. Face à la complexité de mise au point expérimentale de la mise en forme des renforts tissés, la simulation est un outil important pour l’optimisation de conception de pièces composites. Dans ce travail, une nouvelle approche hybride discrète non linéaire, basée sur l’association d’éléments continus hypoélastiques (comportement en cisaillement non linéaire) avec des connecteurs spécifiques de comportement non linéaire a été abordée. Elle permet de prédire les contraintes au niveau des fibres et de déterminer avec plus de précision, les angles de cisaillement en se basant sur la modification de l’orientation en grande déformation. En outre, elle permet d’analyser et de prévoir le comportement global du tissu à partir de sa structure interne. Le nombre de paramètres à identifier est faible et le temps de calcul est raisonnable. Cette approche a été programmée via une routine VUMAT et implémentée dans le code de calcul élément fini ABAQUS/Explicit. L’identification et la validation du modèle ont été effectuées en utilisant des essais de caractérisation standard des tissus. Les résultats de mise en forme des renforts tissés ont été comparés à des résultats expérimentaux
This thesis is part of a research theme dealing with the optimization of the design process and thepreparation for a manufacturing process by stamping of complex shaped parts. The preforming ofdry woven reinforcements is one of the most important steps during production of complexcomposite material parts such as RTM (Resin Transfer Molding) process. In this stage, thedeformation of preform (fabric) is quite important. Understand the woven behavior is an essentialstep in the study of shaping processes. In order to use woven reinforcements to produce industrialparts, it is compulsory to take into account their intrinsic characteristics at different scales, theirvery large shear deformations and the high oriented behavior of these materials. Further more, thedetermination of the reinforcement orientations after forming is an important task. The complexityof the experimental development of the shaping of woven reinforcements makes simulation animportant tool for optimizing the design of composite parts. This work presented a new non-lineardiscrete hybrid approach, based on the association of hypoelastic continuous elements (non-linearshear behavior) with specific non-linear behavior connectors. This approach able to predict thestresses at the level of the fiber to determine with more precision, the shear angles based on themodification of the orientation in large de formation. In addition, it allows the overall behavior of thetissue to be analyzed and predicted from its internal structure. The number of parameters to be identified is limited and the calculation time is reasonable. This approach was implemented in the Finite element code ABAQUS/Explicit via a VUMAT routine code. The identification and validationof the model was performed using standard fabric characterization tests. The woven reinforcement forming results were compared with experimental results

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Blais, Maxime. "Modélisation et suivi du procédé par infusion de résine sur une nouvelle génération de renforts structuraux pour l’aéronautique." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSEM003/document.

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Abstract:

Cette étude porte sur la mise en œuvre par infusion d'une nouvelle génération de renfort spécialement dédiée aux procédés LCM (Liquid Composite Molding) pour la réalisation de pièces composites. Par l’expérimentation et la simulation numérique, l’objectif de ces travaux est de comprendre et maîtriser les paramètres de fabrication afin de définir des outils de modélisation et de simulation représentatifs voir prédictifs du procédé. La caractérisation des paramètres du procédé et de la santé matière finale des pièces ont ainsi permis de définir l'échelle de modélisation et les phénomènes physiques devant être simulés. La stratégie numérique adoptée repose sur un couplage fort entre les équations de Stokes et de Darcy dans un cadre de grandes transformations et où les interfaces sont représentées par des Level-Set. Ce couplage modélise l'écoulement dans la préforme fibreuse assimilée à un milieu poreux homogène équivalent (modèle de Darcy) et l'écoulement dans les drainants (modèle de Stokes). Un modèle de Terzaghi réalise le couplage fluide-solide en représentant l'action du fluide sur le renfort via sa pression hydrostatique. L’évolution du taux volumique de fibres et de la perméabilité du milieu sont ainsi actualisés dans les différents problèmes. La confrontation des simulations numériques aux caractérisations expérimentales mettent en évidence qu'un effort important doit être réalisé dans la compréhension, la définition et la caractérisation de la perméabilité. Sur les renforts de l'étude, la question même de la représentation et de l'homogénéisation d'écoulements locaux complexes à travers la seule notion de perméabilité est à poser
This study deals with the manufacturing by infusion of a new high performance fibrous reinforcement solution developed for LCM (Liquid Composite Molding) composite materials manufacturing processes. Combining simulations with experimentations, the aim of this work is to understand and control the process parameters in order to develop accurate simulation tools. Involving specific experimental plan and protocols combined with in-situ monitoring technologies this study points out the physics and length scales challenging the process simulation. The numerical strategy considered in this works is based on a strong coupling between a Stokes and Darcy model undergoing large strains and where interfaces are represented and managed by a Level-Set method. At the process scale, the fluid mechanics problem describes the resin flow through the distribution medium and then through fibrous preforms assimilated to porous medium. A key feature of our approach is the fluid-solid interaction leading to couple a fluid/porous flow with a non-linear solid mechanic problem. The interaction phenomenon due to the resin flow in the orthotropic highly compressible preform is based on both Terzaghi’s law and explicit relations expressing permeability as function of porosity. Some numerical simulations are presented and compared to the experimental characterizations. The results point out the the first necessity to work on the permeability comprehension, definition and characterization. Applied to the specific reinforcements of the study, the representation of the complex local flows and their homogenization through this single permeability notion can also be questionable

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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.

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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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Orliac, Jean-Guillaume. "Analyse et simulation du comportement anisotrope lors de la mise en forme de renforts tissés interlock." Phd thesis, INSA de Lyon, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00823359.

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Abstract:

Afin de pouvoir prédire le comportement des renforts de composites 3D interlock au cours d'un procédé de mise en forme, il est nécessaire de connaitre la position des mèches dans le renfort durant la phase de préformage du procédé. Les travaux présentés ici traitent de la simulation du préformage de renforts 3D épais à l'aide d'un élément fini hexaédrique semi-discret spécifique. En utilisant le principe des travaux virtuels, on distingue le travail interne virtuel dû à la tension des mèches des autres travaux virtuels. La raideur due aux tensions de mèches, qui constitue la contribution principale de la rigidité du matériau, est prise en compte à l'aide de barres incluses dans les éléments. Les rigidités dues aux autres sollicitations, comme la compression transverse, les cisaillements ou les frottements inter-mèches, sont décrites par un matériau continu additionnel. La combinaison de ce modèle discret du premier ordre et d'un matériau continu hyperélastique anisotrope dit du second ordre, pour formuler le comportement du matériau va permettre la simulation du préformage des renforts tissés épais. Conjointement aux travaux sur la simulation, des travaux expérimentaux pour l'identification des paramètres matériau de la loi de comportement ont été définis et réalisés. Ces paramètres concernent les deux parties de la formulation du comportement.

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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.

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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 tissage
Simulating 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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Houhou, Noureddine. "Durabilité des interfaces collées béton/renforts composites : développement d'une méthodologie d'étude basée sur un dispositif de fluage innovant conçu pour être couplé à un vieillissement hygrothermique." Phd thesis, Université Paris-Est, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00765147.

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Abstract:

Le programme de recherche développé dans le cadre de cette thèse a pour principal objectif de concevoir, réaliser et valider une méthodologie d'étude des effets du vieillissement des interfaces collées, basée sur l'utilisation d'un dispositif de fluage innovant pouvant être couplé à un vieillissement hygrothermique. Celui-ci reprend la configuration classique de joint à double recouvrement mais permet de solliciter sous charge constante l'assemblage collé béton/composite. Il présente de plus certaines spécificités (zones de joint non sollicitées, compatibilité avec une machine d'essai à simple recouvrement existante,...) qui permettent de recueillir un grand nombre de résultat expérimentaux complémentaires. En premier lieux, nos travaux présentent une synthèse bibliographique retraçant le contexte du renforcement par composites collés et précisant les principaux mécanismes physico-chimiques susceptibles d'affecter la durabilité des adhésifs. Le manuscrit décrit ensuite les travaux expérimentaux menés pour étudier le comportement mécanique et physico-chimique des deux adhésifs sélectionnés pour la réalisation des joints collés béton/composites. Finalement, une approche prédictive basée sur i) des tests de fluage thermo-stimulés, ii) sur l'application du Principe de Superposition Temps-Température et iii) sur l'utilisation du modèle rhéologique de Burger, a permis de proposer un modèle de fluage non linéaire pour chacun des deux systèmes de colle. La seconde partie des travaux expérimentaux concerne la conception et la validation d'un dispositif innovant destiné à la caractérisation du comportement en fluage des interfaces collées béton/composite. Un élément important du cahier des charges de ce dispositif était d'en limiter l'encombrement, de sorte qu'il soit possible de tester plusieurs corps d'épreuve dans une chambre climatique au volume réduit, en vue d'étudier les effets synergiques du fluage et du vieillissement environnemental sur la durabilité des joints collés. Dans ce contexte, un prototype capable de solliciter en fluage trois corps d'épreuves à double recouvrement réalisés avec le procédé de renforcement Sika®Carbodur®S et connectés sur un unique circuit hydraulique, a été conçu et réalisé. Les résultats issus du prototype ont permis de le valider, en vérifiant notamment le maintient dans le temps de la charge appliquée, et le comportement symétrique des corps d'épreuve à double recouvrement. Le comportement mécanique des interfaces collées s'est révélé répétable, symétrique et conforme aux diverses modélisations réalisées, soit en calculant la réponse instantanée de l'interface au moyen d'un logiciel aux Eléments Finis (E.F.) ou à partir du modèle analytique de Volkersen, soit en calculant la réponse différée de l'interface en intégrant le modèle de fluage non linéaire de l'adhésif identifié précédemment dans le calcul aux E.F.. La dernière partie des travaux présentés dans le manuscrit concerne la réalisation d'un banc complet de fluage impliquant 14 corps d'épreuves à double recouvrement. Ces corps d'épreuve sont réalisés pour moitié avec le système de renforcement Sika®Carbodur®S et pour l'autre moitié avec le système Compodex. Le banc de fluage est installé dans la salle de vieillissement hygrothermique du Département Laboratoire d'Autun (40°C ; 95% H.R.). Tous les corps d'épreuves sont sollicités en fluage par un système de chargement alimenté par un circuit hydraulique similaire à celui utilisé pour le prototype, mais complété par une centrale hydraulique régulant la pression à partir de la mesure d'un capteur de pression. Pour compléter ces caractérisations sur interfaces collées, des essais de vieillissement sont également menés sur des éprouvettes d'adhésifs massiques stockées dans la salle climatique, certaines d'entre elles étant simultanément soumises à des sollicitations de fluage

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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.

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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 deux
The 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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Gallican, Valentin. "Homogenization estimates for polymer-based viscoelastic composite materials." Thesis, Sorbonne université, 2019. http://www.theses.fr/2019SORUS543.

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Abstract:

Cette thèse porte sur l’étude de la réponse harmonique macroscopique de matériaux composites viscoélastiques à base polymère. Nous nous intéressons tout d’abord à l’étude de matériaux composites à renforts particulaires dont la matrice est modélisée à partir de modèles de Zener fractionnaires et contient des particules sphériques élastiques. Le comportement asymptotique du module complexe macroscopique est étudié à l’aide de principes de stationnarité appliqués à la viscoélasticité complexe. Il est à noter que quatre conditions exactes sont obtenues sur les modules de stockage et de perte. Les deux premières correspondent aux réponses élastiques découplées à haute et basse fréquences, tandis que les deux autres résultent du couplage viscoélastique caractérisant la phase de transition vitreuse. A partir de celles-ci, nous développons des modèles micromécaniques viscoélastiques approchés sur toute la gamme de fréquences. Les modèles approchés font intervenir des développements en séries de Dirichlet-Prony afin d’estimer le comportement viscoélastique macroscopique. Ces derniers sont présentés à l’aide du schéma GSC dans le cas de constituants isotropes et comparés à des simulations FFT réalisées sur des microstructures périodiques pour différentes fractions volumiques de particules. Nous nous attachons ensuite à modéliser la réponse d’explosifs composés de poudres de TATB avec adjonction d’une phase polymère par une approche micromécanique en deux étapes. Nous commençons par étudier l’élasticité effective de polycristaux de TATB sans liant en fonction de nombreux paramètres morphologiques. Le comportement viscoélastique macroscopique est ensuite approché par des modèles micromécaniques et comparé à des simulations FFT et des données expérimentales
This Ph.D. work deals with the description of the time harmonic response of polymer-based viscoelastic composite materials. On the one hand, the emphasis is put on particulate-reinforced composite materials whose matrix is defined by fractional Zener models containing elastic spherical particles. The asymptotic behaviour of the overall complex moduli is studied by resorting to stationary principles for complex viscoelasticity. Four exact conditions on the storage and loss moduli are obtained. Two of them classically correspond to the uncoupled elastic responses at low and high frequencies while the two others result from the viscoelastic coupling in the transient regime. These conditions only involve the strain fields solutions of asymptotic elastic problems. Based on these conditions, we propose to develop approximate viscoelastic homogenization models for the whole frequency range. They classically make use of Dirichlet-Prony series to estimate the overall viscoelastic behaviour. Such models are presented by means of the GSC scheme for isotropic constituents and compared to FFT full-field computations carried out on periodic microstructures with various volume fractions of particles. On the other hand, we focus on the modeling of TATB-based pressed polymer-bonded explosives seen as jointed polycrystals by means of two-step multiscale modeling. We first investigate the effective elasticity of binder-free TATB-based polycrystals with respect to various morphological parameters. Afterwards, the overall viscoelastic behaviour is assessed by making use of mean-field schemes and compared to FFT full-field computations and experimental data

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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.

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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 lignocellulosiques
Facing 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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Martins, Alan. "Analysis of damage mechanisms in composite structures reinforced by tufting." Thesis, Compiègne, 2018. http://www.theses.fr/2018COMP2443/document.

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Abstract:

Cette étude portait sur l’évaluation des performances mécaniques et des mécanismes de défaillance des composites cousus dans différentes conditions de chargement. Des plaques stratifiées et des raidisseurs renforcés par tufting ont été fabriqués avec différents paramètres de couture afin d'évaluer leur effet sur les propriétés des composites. L'investigation a été assistée par une caractérisation multi-instrumentée pendant les tests. Les plaques cousues soumises à des tests de cisaillement à poutre courte sont utilisées dans l'analyse du comportement de la densité et de l'angle de couture dans des conditions de chargement en mode II, tandis que des tests d'impact et de compression après impact (CAI) sur la tolérance aux dommages. Des tests de fatigue en éprouvettes trouées ont également été réalisés afin d’évaluer la réponse des coutures, en particulier leur position par rapport au trou central, à la concentration de déformation générée par le trou. La suite de ce travail a consisté en des tests mécaniques sur panneau raidi oméga renforcé par tufting. La procédure a optimisé les paramètres de touffetage utilisés pour renforcer les structures du lot précédent d'échantillons jusqu'à atteindre un point optimal où les propriétés principales, principalement trouvées dans les tests d'arrachement, sont égales ou supérieures à celles des échantillons témoins. Cette amélioration tenait également compte des modifications de la forme des raidisseurs. En outre, une nouvelle approche basée sur l’effet piézorésistif des coutures en fibres de carbone lors du chargement des éprouvettes composites est réalisée. Cela peut faciliter la surveillance de l’état de santé des fils cousus et donc du composite en raison de la nature structurelle des coutures. Les résultats ont montré que les renforts par tufting sont capables d'augmenter considérablement la ténacité entre les composites et la tolérance aux endommagements des composites, principalement en raison de leurs phénomènes de pontage des fissures. Les paramètres de tufting sont des facteurs décisifs pour obtenir les meilleures propriétés mécaniques. Cependant, ces travaux ont montré que les fils de coutures sont également responsables de la création de fissures dues à la concentration de contrainte et aux défauts causés par leur insertion et, par conséquent, à la diminution de la résistance des composites. L'enquête conclut que l'insertion aléatoire des touffes n'est pas idéale pour la performance du matériau et doit donc être évitée. Le développement de l'insertion des coutures dans les raidisseurs oméga a été soutenu par la caractérisation multi-instrumentée qui a permis d'optimiser le renforcement de la structure. Bien que l’étude ait permis d’obtenir des propriétés mécaniques nettement supérieures à celles des panneaux oméga renforcés par touffetage, il est évident que la procédure employée n’est pas optimale. Le présent travail propose également un modèle préliminaire d'éléments finis pour surmonter le coût et la perte de temps des tests expérimentaux. Il vise principalement à optimiser les paramètres de tufting dans la structure. Le modèle développé était capable de prédire les mêmes endommagements que ceux observés expérimentalement, mais encore éloignés des prévisions quantitatives des résultats. Le contrôle de l’état structurel des stratifiés composites cousus par les fils de carbone semble prometteur et pourrait aider à l’avenir à fournir des informations sur l’état de santé des coutures sous chargement qui ne sont pas atteintes par les méthodes de caractérisation classiques utilisées dans ce travail
This study focused mainly on the assessment of the mechanical performance and the failure mechanisms of tufted composites under divers loading conditions. Laminated plates and stiffened panels reinforced by tufting was manufactured with different tufting parameters to evaluate their effect in the properties of the composites. Multi-instrumented characterization carried out during the tests assisted the investigation. The tufted plates subjected to short-beam shear tests aided especially in the behavior analysis of tufting density and angle in mode Il loading condition, while impact and compression after impact (CAI) tests on the damage tolerance. Open-hole fatigue tests were also performed to evaluate the tufts response, especially regarding their position to the center hole, to the strain concentration factor generated by the hole. The following part of this work consisted of the mechanical tests on omega stiffened panel reinforced by tufting. The procedure optimized the tufting parameters employed for reinforcing the structures from the previous batch of specimens until reaching an optimal point that the main properties, primarily found in pull-off tests, are equal or superior to those of the control specimens. This improvement also considered the modifications in the shape of the stiffeners. Furthermore, a novel approach based on the piezoresistive effect of carbon tufts under loading of the composite specimens is performed. This may support the monitoring of the health status on the tufted threads and therefore of the composite because of the structural nature of the tufts. The results showed that tufting reinforcements are capable of increasing the interlaminar fracture toughness and damage tolerance of the composites considerably owing mainly to their crack bridging phenomena. The tufting parameters are decisive factors for achieving the best mechanical properties. However, this work reported that tuft threads are also responsible for generating cracks due to the strain concentration and defects caused by their insertion and consequently, can decrease the strength of the composites. The investigation concludes that the random insertion of the tufts is not ideal for the performance of the material and thus must be avoided. The development of the tufting insertion in the omega stiffeners was supported by the multi-instrumented characterization that led to optimizing reinforcement in the structure. Although the study achieved the goal of obtaining mechanical properties significantly superior to the omega panels reinforced by tufting, it is noticeable that the procedure employed is not optimal. The present work also proposes a preliminary finite element model to overcome the costly and time consuming of the experimental tests. It intends primarily optimizing the tufting parameters in the structure. The model developed was capable of predicting the same damage events as observed experimentally, but it still distant from the quantitative predictions of the results. The structural health monitoring of the tufted composite laminates by the carbon threads seems promising and could help in the future for supplying data about the tufts health status under loading that are not achieved by the conventional characterization methods employed in this work

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Devaux, Éric. "Influence de la présence de renforts et des conditions de mise en œuvre sur la morphologie et les propriétés dans un composite polypropylène-fibres de verre." Lyon 1, 1992. http://www.theses.fr/1992LYO10144.

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Abstract:

Lors de la mise en uvre a partir de l'etat fondu, le polypropylene cristallise sous forme spherolitique. L'ajout de certains renforts fibreux a fort pouvoir nucleant dans la matrice, tend a multiplier a l'interface le nombre de germes de cristallisation, conduisant a la croissance d'une phase transcristalline de proprietes differentes de celles du polymere en masse. L'origine de phenomene est discutee en termes de proprietes superficielles du renfort: texture, energie de surface, presence de contraintes interfaciales. Ce dernier parametre est particulierement important en permettant la transcristallisation du polypropylene, meme avec des fibres non actives telles que les fibres de verre. L'existence de contraintes entre fibres et matrice lors de la mise en uvre nous a donc amene a definir precisement les conditions de transcristallisation selon l'intensite de contrainte appliquee et selon sa temperature d'application pendant le refroidissement. Dans le cas du polypropylene, la phase transcristalline interfaciale, quand elle est generee, peut etre de nature cristallographique variable (alpha ou beta) selon ces memes conditions. Par ailleurs, les differences notables de vitesses de croissance des diverses phases possibles, font que des morphologies geometriques particulieres peuvent etre creees a l'interface et dans la masse du polymere. La definition precise des domaines de temperature pour lesquels chaque type d'entite se developpe en fonction des contraintes existantes pendant la fabrication du materiau, permet d'envisager diverses combinaisons possibles entre une phase transcristalline alpha ou beta et des spherolites en masse egalement alpha ou beta. Ces fronts de croissance ont ete calcules, puis modelises, et permettent dorenavant de prevoir avec une grande fiabilite la morphologie cristalline globale d'un composite polypropylene/fibre de verre. En dernier lieu, l'influence de telles morphologies sur la tenue mecanique du materiau a ete envisagee, connaissant leurs conditions thermomecaniques de mise en uvre

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Fontaine, Pauline. "Traitement thermique de recyclage appliqué aux composites carbone/PEEK et aux mélanges de composites renforcés carbone. Solutions alternatives de valorisation des fibres recyclées." Thesis, Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux, 2020. http://www.theses.fr/2020EMAC0015.

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Abstract:

Les composites renforcés à fibres de carbone (CRFC) sont des matériaux de haute technicité appliqués à de nombreux domaines, du sport à l’aéronautique. Cette dernière décennie a vu leur demande croitre continuellement, générant en conséquence une augmentation du volume de déchets. Incités par les directives Européennes sur la gestion des déchets, des traitements thermiques de recyclage industriel ont été développés afin de récupérer les fibres de carbone issues des CFRC, principalement à matrice thermodurcissable. Actuellement, les CRFC en développement et/ou de dernières générations, utilisent des matrices thermostables telles que le Poly Ether Ether Cétone (PEEK). Une partie des travaux de thèse consiste à étudier la faisabilité de recyclage de ce composite thermostable, seul et en mélange avec d’autres types de composites à matrice thermodurcissable et thermoplastique. Un pilote semi-industriel a été employé sous atmosphères inerte (pyrolyse) et réactives (vapo-thermolyse et air). Les premiers résultats sur des mélanges ont montré que sous atmosphère inerte la récupération des fibres de carbone issues des matrices thermostables est quasi impossible. A l’inverse, les essais sur les composites PEEK en atmosphères oxydantes permettent l’extraction de la fibre mais induisent des modifications morphologiques et chimiques de la surface ainsi qu’une réduction de la résistance en traction. Les travaux de thèse se focalisent également sur des solutions alternatives de valorisation des fibres de carbone recyclées. Ces fibres ont été recouvertes de nanocellulose en tant qu’agent d’ensimage, en vue de leur réutilisation dans de nouvelles formulations. La perte de propriétés mécaniques induite par le recyclage a été partiellement compensée par ce traitement de surface. Des fibres recyclées ont également été incorporées dans un composite à renfort naturel de jute et matrice PA6 dans le but de créer un composite hybride offrant des propriétés équilibrées en termes de résistance, prix et impact écologique
Carbon Fiber Reinforced Composites (CFRC) are high technical materials applied in various fields from sports to aeronautics. During the last decade, the demand of CFRC has extended significantly resulting in increasing the volume of composite waste generated each year. Incited by European directives, thermal recycling treatments have been developed at industrial scale to recover carbon fibers, mostly from thermosetting composites. Nowadays CFRP in development used thermoresistant resins such as Poly Ether Ether Ketone (PEEK). Part of this work is to study the recycling feasibility of this type of CFRP alone and mixed with thermosetting and thermoplastics matrix based composites. Semi-industrial pilot was used in inert (pyrolysis) and reactive (steam-thermolysis, oxydation) atmosphere conditions. First results of mixture perform in nitrogen have revealed that inert atmosphere cannot allow the recovery of carbon fibers from thermoresistant resins. On the contrary trials on PEEK in oxydative atmospheres enable the extraction of fiber, but induce morphological and chemical modifications and tensile strength reduction. New approach on the recycled carbon fiber valorization have also been studied. These fibers have been coated by nanocellulose as sizing agent for their reuse in new composite formulations. Mechanical properties loss induce by recycling have been offset thank to this surface treatment. Recycled fibers was also incorporate in jute/PA6 composite to create a hybrid composite with balance properties in terms of strength, price and environmental impact

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D'Agostino, Marco Valerio. "Generalized continua and applications to finite deformations of quasi-inextensible fiber reinforcements." Thesis, Lyon, INSA, 2015. http://www.theses.fr/2015ISAL0061/document.

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Abstract:

La microstructure des matériaux constitue un outil essentiel pour optimiser les propriétés mécaniques des structures et ainsi améliorer leurs performances. Les modèles de Cauchy ne sont pas toujours adaptés à la description de la réponse dynamique de certains matériaux microstructurés montrant des comportements mécaniques exotiques. Les théories de milieux continus généralisés peuvent être de bonnes candidates pour modéliser ces matériaux d’une façon plus précise et plus réaliste, aussi bien en statique qu’en dynamique, puisqu’elles peuvent décrire, même d’une façon simplifiée, la manifestation macroscopique de la présence d’une microstructure. Ce manuscrit est organisé comme suit : - Dans le chapitre 1 nous introduisons les aspects généraux de la mécanique des renforts fibreux.- Dans le chapitre 2 nous rappelons certains concepts fondamentaux concernant la mécanique des milieux continus classiques. De plus, nous introduisons les théories de deuxième gradient à l’aide du Principe des Travaux Virtuels.- Dans le chapitre 3 nous nous proposons de présenter une première modélisation des renforts fibreux de composites en mettant en place des modèles numériques discrets. Cette modélisation discrète permet de rendre compte de certains effets de la microstructure des renforts fibreux sur leur comportement macroscopique global. En particulier, il sera montré que la flexion locale des mèches à l’échelle mesoscopique a un effet non-négligeable sur le comportement macroscopique global de ces matériaux. Dans un deuxième moment nous introduisons une modélisation continue de deuxième gradient pour la description des mêmes matériaux et nous montrons que les termes d’ordre supérieur permettent une description satisfaisante des effets de flexion locale sur-cités.- Dans le chapitre 4 on particularise le cadre général de la mécanique des milieux continus introduit dans le chapitre 2 au cas particulier des milieux continus 2D. On mettra un accent fort sur l’interprétation géométrique des mesures de déformation de deuxième gradient qui seront directement reliées aux courbures dans le plan de certaines lignes matérielles. Ces lignes matérielles seront ensuite interprétées dans les chapitres suivantes comme décrivant les mèches des renforts fibreux de composites qu’on se propose d’étudier.- Dans le chapitre 5 nous introduisons une hypothèse cinématique forte sur les déformations admissibles, en supposant que les mèches du renfort considéré sont inextensibles. Cette hypothèse nous permettra de construire un modèle simplifié de premier gradient pour le comportement des renforts de composites 2D qui est encore représentatif de leur comportement mécanique. Une méthode numérique permettant de montrer certaines solutions concernant le cas du bias extension test est codée en Mathematica et les résultats obtenus sont discutés
Dered materials in the simplest and more effective way. However, there are some cases in which the considered materials are heterogeneous even at relatively large scales and, as a consequence, the effect of microstructure on the overall mechanical behavior of the medium cannot be neglected. In such situations, Cauchy continuum theory may not be useful to fully describe the mechanical behavior of considered materials. It is in fact well known that such continuum theory is not able to catch significant phenomena related to concentrations of stress and strain and to specific deformation patterns in which high gradients of deformation occur and which are, in turn, connected to particular phenomena which take place at lower scales. Generalized continuum theories may be good candidates to model such micro-structured materials in a more appropriate way since they are able to account for the description of the macroscopic manifestation of the presence of microstructure in a rather simplified way. The present manuscript is organized as follows: In ch.1 a general description of fibrous composite reinforcements is given. In ch.2 some fundamental issues concerning classical continuum mechanical models are recalled. In ch.3 we start analyzing some discrete and continuum models for the description of the mechanical behavior of 2D woven composites. At this stage of the manuscript, we want to show how some discrete numerical simulations allowed us to unveil some very special deformation modes related to the effect of the local bending of fibers on the overall macroscopic deformation of fibrous composite reinforcements. Such discrete simulations showed rather clearly that microscopic bending of the fibers cannot be neglected when considering the deformation of fibrous composite reinforcements. For this reason, we subsequently introduced a continuum model which is able to account for such microstructure-related effects by means of second gradient terms appearing in the strain energy density. In ch.4 we reduce the general continuum mechanical framework introduced in ch.2 to the particular case of 2D continua. In ch.5 we introduce a strong kinematical hypothesis on the admissible deformations, assuming that the yarns composing the woven reinforcements are inextensible

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Alia, Adem. "Comportement à la rupture d'un composite à fibres végétales." Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSEI016.

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Abstract:

L’objectif de cette thèse est la caractérisation du comportement mécanique et de l’endommagement d’un composite tissé jute/polyester. Les fibres végétales constituent en effet une alternative écologique intéressante à l’utilisation des fibres synthétiques, en particulier les fibres de verre qui sont les plus utilisées pour les pièces composites de grande diffusion. Le composite est développé au sein du laboratoire LMNM à l’IOMP, Sétif, Algérie. Deux orientations ([0]8 et [+45/-45]2S) sont considérées. La caractérisation mécanique est effectuée en traction et compression monotones ainsi qu’en fatigue cyclique. Les caractérisations mécaniques et microstructurales sont réalisées au sein du laboratoire MATEIS. L’étude de l’endommagement des composites est réalisée en combinant cinq techniques : l’évolution des paramètres mécaniques via des essais cyclés et de fatigue, la microscopie, l’émission acoustique (EA), la corrélation d’images et la micro-tomographie RX. L’étude de l’évolution des paramètres mécaniques accompagnée de l’analyse globale de l’EA fournit des premiers indicateurs quant au développement de l’endommagement lors des essais. Les analyses microstructurales permettent d’identifier finement les différents mécanismes d’endommagement qui surviennent lors des sollicitations mécaniques (décohésions fibre/matrice, fissurations matricielles et rupture de fibres). Pour la segmentation des signaux d’émission acoustique en traction et en compression monotones, une classification non-supervisée est utilisée en mettant l’accent sur le choix des descripteurs et sur la labellisation des classes obtenues. Des essais de traction instrumentés par corrélation d’images ainsi que des essais de traction in-situ sous tomographe permettent d’identifier la chronologie d’apparition de l’endommagement. Ces résultats permettent également de labelliser les classes obtenues. Les signaux labellisés servent ensuite à créer une bibliothèques pour identifier la chronologie d’évolution des modes d’endommagement en fatigue cyclique réalisée par classification supervisée. Enfin, toutes ces analyses ont permis d’établir des scénarios d’endommagement pour les différents modes d’endommagement et pour les deux orientations. Il est ainsi possible de reconsidérer l’élaboration pour optimiser les propriétés mécaniques
The objective of this thesis is the characterization of the mechanical behavior and the damage of a woven jute / polyester composite. natural fibers are indeed an interesting ecological alternative to synthetic fibers, in particular glass fibers which are the most used for composite manufacturing. The studied composite is developed in the LMNM laboratory at IOMP, Sétif, Algeria. Two fibre orientations ([0] 8 and [+ 45 / -45] 2S) are considered. The mechanical characterization is carried out in monotonic tensile and compression as well as in cyclic fatigue. Mechanical and microstructural characterizations are carried out in the MATEIS laboratory. The study of the damage is carried out by combining five techniques: the evolution of mechanical parameters via cyclic and fatigue tests, microscopy, acoustic emission (EA), image correlation and micro- RX tomography. The study of the evolution of the mechanical parameters combined with the global analysis of the AE provides first indicators concerning the development of the damage during the tests. Microstructural analyzes allow to finely identify the damage mechanisms that occur during mechanical tests (fiber / matrix decohesions, matrix cracks and fiber breakage). For the segmentation of acoustic emission signals in monotonic tests, an unsupervised classification is used, emphasizing the choice of descriptors and the labeling of the classes obtained. Tensile tests instrumented by image correlation as well as in situ tensile tests under tomography allow to identify the chronology of appearance of the damage. These results are also used to label the obtained classes . The labeled signals are then used to create a library to identify the chronology of evolution of the modes of damage in cyclic fatigue achieved by supervised classification. Finally, all these analyzes made it possible to establish damage scenarios for the different damage modes and for the two orientations. It is thus possible to reconsider the development to optimize the mechanical properties

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Decrette, Mathieu. "Tissage Jacquard : étude de paramètres et optimisation du tissage 3D haute densité." Thesis, Mulhouse, 2014. http://www.theses.fr/2014MULH7952.

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Abstract:

La technique du tissage consiste à créer un entrecroisement de fils perpendiculaires entre eux. Pour cela, il est nécessaire d'insérer un fil de trame à travers une nappe de fils de chaîne parallèles. L'étape de formation de la foule, consistant à séparer la nappe de chaîne pour libérer un espace d'insertion, est vecteur d'interactions interfilamentaires et de dommages induits dans la structure filamentaire. Un tel phénomène, rapporté au tissage de renforts de matériaux composites produit des dégradations de structure importantes et une diminution sensible des propriétés mécaniques du produit fini. Dans le contexte de la croissance du marché des matériaux composites haute performance à renforts tissés, il est nécessaire d'améliorer puis de maîtriser le procédé de tissage. Ainsi, pour optimiser le tissage d'étoffes multicouches à haute densité, nous disposons d’une machine Jacquard. Il s'agit d'une technique qui permet un pilotage individuel motorisé des fils de chaîne et qui offre des paramètres de foule particuliers. Le but de ces travaux sont d'étudier ces paramètres d'une part et de définir et analyser leurs effets sur le processus de tissage par ailleurs. Nous utilisons pour ces travaux du polyester multifilamentaire, ainsi qu'un dispositif de tissage particulier adapté au tissage technique multicouches. Nous constatons que le tissage multicouches de forte densité génère de nombreux frottements interfilamentaires qui dégradent les fils en provoquant de la fibrillation. L'observation de l'évolution de ce phénomène selon les différents paramètres Jacquard, permet tout d'abord de mieux le comprendre et le cerner. Elle permet ensuite de déterminer les configurations de tissage optimales pour assurer la qualité du tissage de renforts tissés
Weaving basic structure is an orthogonally interlaced yarns plane, produced thanks to weft insertion across parallel warp yarns. Shedding is a major step for shed generation by warp yarns separation. Shedding may generate warp yarns interactions and yarn structure degradations because of density. Such a phenomenon becomes major with composite high density woven reinforcement where degradations and final product mechanical properties loss may become considerable. With high performance composites market growth, weaving process needs to be improved.A Jacquard shedding mechanism has been employed for high density multilayer woven fabric weaving optimization, as this technique enables warp yarns individual motorized driving with very particular shedding parameters. In this research, Jacquard shedding parameters have been studied so that their effects on the weaving process may be brought to light, with a specific weaving machine dedicated to multilayer weaving, where polyester multifilament yarns are used.It has been observed that high density multilayer weaving produces friction and many degradations during shedding between filaments because of the fibrillation phenomenon. Fibrillation has been examined and understood thanks to the observation of its evolution according to Jacquard shedding parameters. It has been the basis for optimal weaving parameter configurations which may be used for woven reinforcements composites quality improvement

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Khelidj, Abdelhafid. "Modelisation des structures composites viscoelastiques a renforts filamentaires." Nantes, 1989. http://www.theses.fr/1989NANT2050.

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Abstract:

Le travail porte principalement sur la modelisation theorique et numerique du comportement viscoelastique des structures composites multicouches a renfort filamentaire. On montre comment il est possible de modeliser le comportement viscoelastique isotherme d'une section de poutre multicouche. Par la suite on s'interesse a la resolution numerique des equations differentielles obtenues. On utilise pour cela une methode de runge kutta d'ordre deux en discretisant l'espace et le temps; cette facon de proceder necessite un temps de calcul relativement important. Aussi on montre qu'il est possible d'obtenir une autre forme d'equations facile a mettre en uvre pour une section de poutre dans son ensemble. Des exemples numeriques sont traites. Au terme de cette etude, on verifie experimentalement les methodes proposees sur le fluage d'un polyester et d'un verre-polyester. Les resultats obtenus sont en assez bon accord avec ceux donnes par le modele numerique. En annexe, on presente une etude complementaire portant sur la formulation d'un element fini mixte adapte a la prise en compte des conditions de continuite des champs de deplacements et de contraintes aux interfaces des differentes couches d'un stratifie. La methode est illustree sur des exemples

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Agrebi, Fatma. "Étude des propriétés diélectriques, thermiques et vibrationnelles de matériaux nano-composites à base du caoutchouc naturel renforcés par des nano-renforts cellulosiques." Thesis, Amiens, 2018. http://www.theses.fr/2018AMIE0001/document.

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Abstract:

Le caoutchouc naturel (CN) isolé de l'hévéa brésiliens et renforcé par différents pourcentages de nano-renforts de cellulose a été caractérisé en utilisant les techniques suivantes: la Calorimétrique Différentielle à Balayage, la Spectroscopie Diélectrique et enfin la Spectroscopie vibrationnelle (Infrarouge et Raman). L'objectif était la compréhension de l'impact des nano-renforts cellulosiques à différentes formes et fractions massiques sur les propriétés diélectriques, thermiques et vibrationnelles des matériaux de l’étude. L'ensemble des résultats obtenus nous a permis d’élucider la qualité des interfaces des différents composites étudiés et surtout de prévoir le matériau ayant les meilleures performances pour les applications mécaniques
Natural rubber isolated from Hevea Brasiliens and reinforced with different percentages of cellulose nano-reinforcements was investigated using three characterization techniques: Differential Scanning Calorimetry analysis, Dielectric Spectroscopy and finally Infrared and Raman Spectroscopy. The aim of the research is to understand the impact of cellulosic nano-reinforcements with different shapes and mass fractions in order to choose the nano-composite with high performance for mechanical applications

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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.

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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 cousus
To 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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Elouaer, Abdelmonem. "Contribution à la compréhension et à la modélisation du comportement mécanique de matériaux composites à renfort en fibres végétales." Thesis, Reims, 2011. http://www.theses.fr/2011REIMS003/document.

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Abstract:

L’industrie des matériaux composites ne cesse d’évoluer et de croître en mettant en place de nouveaux matériaux et de nouvelles technologies. En substitution des matériaux d’origine fossile que les matériaux d’origine naturelles (et surtout végétales) commencent à voir le jour. C’est dans ce contexte que notre travail de recherche est proposé. Il s’intéresse à la caractérisation du comportement mécanique d’un composite à matrice Polypropylène, renforcé avec des fibres de Chanvre et du bois de Chanvre (Chènevotte). Les différents moyens et techniques de caractérisation, utilisés par la présente étude, ont montré que ces nouveaux matériaux sont dotés de propriétés, en particulier mécaniques, de haut niveau, qui viennent rivaliser avec celles des autres composites classiques à base de fibres de verre et de carbone.Les essais expérimentaux en statique et de fatigue, ont révélé beaucoup de détails en comparaison avec d’autres matériaux composites. Ces informations ont permis de créer une sorte de base de données qui pourra servir de référence pour d’autres composites de la même famille à base de fibres végétales. Ainsi, des mécanismes d’endommagement ont été mis en évidence grâce aux essais mécaniques (traction monotone, charge-décharge, …) associés à des observations microscopiques (Microscope Electronique à Balayage), et à des outils de détection du dommage basés sur l’émission acoustique. Par le biais de cette technique, nous avons pu apprécier la qualité et l’importance de l’interface fibre/matrice qui est un paramètre fondamental pour la présente étude et pour la détermination de la loi de comportement du composite.La modélisation micromécanique a été intégrée dans ce travail de thèse, grâce au modèle de Mori-Tanaka. Le comportement des matériaux à l’endommagement n’a pas été pris en considération ; seule l’élasticité a été étudiée. A l’aide de ce modèle, nous avons pu remonter aux propriétés intrinsèques des constituants (le module d’élasticité longitudinale des renforts: Chanvre et Chènevotte)
The composites industry continues to evolve and grow by developing new materials and new technologies. Replacing fossil materials by materials with natural origin (especially vegetable) seems to be one of the most promising. In this context our research is proposed. It is interested to characterize the mechanical behavior of a polypropylene matrix composite reinforced with fibers of Hemp and Wood of Hemp (Chenevotte). The various means and characterization techniques used in this study showed that these new materials have interesting mechanical properties, coming rival those of other conventional composites based on carbon and glass fibers.The experimental static and fatigue tests have revealed many details in comparison with other composite materials. The information help creates a database that can serve as reference for other composites of the same family and vegetable fibers. Mechanisms of damage have been highlighted through mechanical tests (tensile monotonous charge-discharge …) associated with microscopic observations (Scanning Electron Microscope), and tools for damage detection based on emission acoustics. Thanks to this technique, we could improve the quality of the interface fiber / matrix which is a basic parameter for this study and for determining the behavior of composite.Micromechanical modeling has been integrated in this thesis, through the Mori-Tanaka model. The behavior of materials during damage has not been taken into account: only the elasticity has been studied. Using this model, we were able to trace the intrinsic properties of the constituents (the longitudinal modulus of elasticity of the reinforcements: Hemp and Chenevotte)

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Blivi, Adoté Sitou. "Effet de taille dans les polymères nano-renforcés : caractérisation multi-échelles et modélisation." Thesis, Compiègne, 2018. http://www.theses.fr/2018COMP2431/document.

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Abstract:

Le travail présenté dans ce document vise à mettre en évidence et à comprendre l'effet de la taille nanométrique des renforts sur les propriétés des nanocomposites avec une approche expérimentale. Des nanocomposites de PMMA et particules de silice (15nm, 25nm, 60nm, 150nm et 500nm) de fractions volumiques 2 0/0, 40/0 et 6 0/0 ont été fabriqués. Des analyses multi-échelles (MET et DRX-WAXS) ont montré que les paramètres caractéristiques de la microstructure des nanocomposites varient avec la taille des nanoparticules. En effet, la diminution de la taille des nanoparticules à fraction volumique constante a entrainé une diminution de la distance intermoléculaire. Cette diminution a induit une densification de la matrice et une réduction de la mobilité des chaînes de la matrice. Des essais mécaniques (traction, DMA) ont montré que les modules de Young (E) et de conservation (E') des nanocomposites augmentent avec la diminution de la taille des nanoparticules à fraction volumique constante. Et que l'augmentation de E' est conservée avec l'augmentation de la température. Une augmentation des températures de transition vitreuse (Tg) et de dégradation (Td) a également été observée avec les essais DSC, DMA et ATG. Le modèle de la borne inférieure d'Hashin-Shtrikman étendue aux nanocomposites à renforts sphériques proposé par Brisard a été utilisé. La modélisation des modules élastiques des nanocomposites a montré que pour reproduire les données expérimentales, il faut que d'une part que les modules surfaciques caractérisant l'interface soient dépendants de la taille des nanoparticules. Et d'autre part, tenir compte de l'état de dispersion des nanoparticules
The work presented in this paper aims to highlight and to understand the size effect of nano-reinforcements on nanocomposite properties With an experimental approach. Nanocomposites of PMMA and silica particles With different sizes (15nm, 25nm, 60nm, 150nm and 500nm) and volume fractions (20/0, 4 0/0 and 60/0) were manufactured. Multiscale analysis (MET and DRX-WAXS) have shown that the characteristic parameters of the microstructure of nanocomposites vary With the size of the nanoparticles. Indeed, the decrease in the size of nanoparticles at a given volume fraction implies a decrease of the intermolecular distance. This decrease has induced a densification of the matrix and a decrease of the matrix chain mobility. Mechanical tests (tensile, DMA) have shown that the young (E) and the conservation (E') moduli of the nanocomposites increase With the decrease in the size of the nanoparticles With a constant volume fraction. And the increase of E l is kept when temperature growing. An increase in glass transition (Tg) and degradation temperature (Td) was also observed With the DSC, DMA and ATG tests. Experimental elastic properties of the nanocomposites were used to assess the relevance of size effect micromechanical models, particularly the Hashin-Shtrikman bounds With interface effects proposed by Brisard. The modeling has shown that to reproduce the experimental elastic moduli of nanocomposites, the elastic coefficients of the interface must be dependents on particle sizes. And the state of dispersion of particles must be taken into account

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GUO, GUANG. "Etude micromecanique du comportement de structures composites a renforts discontinus." Paris, ENSAM, 1997. http://www.theses.fr/1997ENAM0003.

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Abstract:

Les materiaux etudies dans ce travail est un composite de type s. M. C. (sheet moulding compound). Ce materiau est constitue de deux phases principales: la matrice polyester chargee et les fibres de verre courtes orientees de maniere aleatoire. Une large utilisation de ce type de materiaux dans l'industrie automobile est fondee sur les interets suivants: une facilite de mise en uvre, de bonnes proprietes mecaniques, une densite relativement faible, les faibles couts de production mais cette utilisation nous pose aussi les problemes suivants: l'evaluation des proprietes mecaniques du composite et le dimensionnement de la structure en composite. Cette etude constitue une contribution a la resolution de ces problemes. Ce travail se decompose en trois etapes principales: (1) choix d'un modele. Une extension du modele de mori et wakashima est etablie. Cela nous a permis d'etudier le comportement elastique d'un composite renforce par des fibres courtes orientees aleatoirement dans l'espace du materiau. (2) identification des mecanismes d'endommagement au sein du materiau et integration de ces phenomenes dans le modele. Ce travail est effectue par des essais de traction et des observations a l'aide d'essais effectues dans le meb. Un critere local de rupture de l'interface fibre/matrice est determine de facon statistique en prenant en compte l'heterogeneite du materiau. Ce critere est introduit dans le modele et valide sur un volume elementaire representatif. (3) implantation du modele dans un code de calcul par elements finis. Le modele de type passage micro-macro a ete implante dans le code elements finis abaqus. Des validations sont ensuite faites en comparant les resultats experimentaux et numeriques via des essais de flexion quatre points, torsion et flexion-torsion combinees. Les calculs de structures, avec le modele de comportement elastique endommageable nous permettent de prevoir la distribution et l'evolution des endommagements au cours du chargement. L'anisotropie de la rigidite effective et de l'endommagement du materiau peuvent etre estimes pour une sollicitation non homogene, a partir des analyses a l'echelle du renfort

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Buet, Gautier Karine. "Analyse et simulation du comportement mecanique des renforts composites tisses." Orléans, 1998. http://www.theses.fr/1998ORLE2030.

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Abstract:

Le procede r. T. M. (resin transfer moulding) pour la fabrication de composites minces permet l'obtention de formes complexes et non developpables. La premiere etape consistant a emboutir un tissu sec est une phase delicate dans laquelle les mecanismes de deformation mis en jeu sont specifiques aux tisses. Les defauts pouvant survenir alterent la qualite des pieces finies mais sont previsibles d'apres l'etat de tension et de deformation des meches pendant la mise en forme. Notre objectif est de construire un outil capable de predire la faisabilite d'une telle operation, un tissu et des outils etant donnes. Une methode par elements finis permet une approche mecanique du probleme, capable de donner l'etat de tension/deformation dans le renfort, et necessite la connaissance du comportement mecanique des tissus. Ce dernier, specifique en raison de l'absence de resine et du caractere filaire des constituants, est fondamentalement different de celui des materiaux composites. Un dispositif de traction biaxiale est mis au point. De cinematique simple, il permet de mener des essais a rapport de deformations impose et angle fixe entre les deux directions de tissage. Ces tests conduisent a des resultats quantitatifs et permettent de mettre en evidence les differents phenomenes en jeu lors de la deformation du tissu. Des courbes tension/deformation, deduites de ces essais, servent a l'identification d'un modele de comportement de la maille tissee. Les effets du tissage et les changements de forme de la section de la meche au cours de la deformation sont essentiels dans l'analyse du comportement mecanique global. Ces phenomenes mesoscopiques sont pris en compte dans le modele. Les connaissances experimentales et les modeles sont utilises pour la construction d'un outil de simulation base sur l'emploi d'elements finis surfaciques 3d, specifiques aux tisses. Des essais d'emboutissage sont compares aux resultats numeriques pour en demontrer l'efficacite.

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Alruhban, Ayham. "Contribution à l'analyse de la déformabilité de renforts tricotés." Thesis, Lille 1, 2013. http://www.theses.fr/2013LIL10103/document.

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Abstract:

Lors des procédés de fabrication des matériaux composites de type «RTM» (Resin Transfer Moulding) des résines sont injectées au travers du renfort préalablement mis en forme. La maîtrise de la mise en forme du renfort sec dans le moule est essentielle pour la maîtrise des défauts. De nombreuses études couvrent des domaines très larges associés à cette étape pour les renforts tissés, alors que peu de travaux ont porté sur la déformabilité des renforts tricotés lors de cette phase de préformage, malgré leur grande extensibilité et leur potentialité en tant que renforts de matériaux composites. Le comportement macroscopique des textiles techniques est essentiellement dû à un effet de structure. Dans le cadre de ces travaux sont détaillés l'élaboration et la conception de renforts tricotés afin de bien comprendre les paramètres spécifiques à ces structures textiles. Puis une étude expérimentale du comportement mécanique est conduite en traction uni axiale. Au travers de l'utilisation de méthodes de mesure des déformations sans contact l'analyse du comportement dans le sens colonnes et rangées est menée. Associé à la détermination du comportement, des essais de préformage de renforts secs tricotés sont réalisés sur un banc spécifique. L'analyse des résultats en termes d'avalement, d'efforts d'emboutissages et des déformations dans le fil montre la spécificité de la déformabilité de ces structures, comparativement aux renforts tissés. En vue de qualifier la faisabilité de cette étape de mise en forme de ces renforts tricotés, une corrélation entre le comportement en traction et le comportement lors du procédé est proposée
During the manufacturing process of composite materials, such as «RTM» (Resin Transfer Moulding); resin is injected through the preformed reinforcement. The mastery of dry reinforcement layout in the mold is essential for defects control. Many studies cover wide areas related to this step for woven reinforcements, while few studies have focused on the deformability of knitted reinforcements at forming stage in spite of their significant extensibility and their potential as reinforcements of composite materials. The macroscopic behavior of the technical textiles is mainly due to their structural effect. In this research, the development and detailed design of knitted reinforcements in order to understand the specific parameters as textile structures are carried out. An experimental study of the uniaxial tensile mechanical behavior is conducted. The mechanical behavior of knitted structures in different orientations is analyzed by using contactless deformation measurements. In association with the characterization of in-plan behavior, forming tests of dry knitted reinforcements are performed on a special rig. Analysis of the results in terms of shortening, forming forces and local deformations shows the specificity of the deformability of these structures compared with woven reinforcements. To describe the formability of the knitted reinforcements, a correlation between the tensile and forming behavior is given

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Elbouazzaoui, Othmane. "Caractérisation de la perméabilité transverse de nouveaux renforts multiaxiaux cousus pour composites structuraux." Saint-Etienne, EMSE, 2004. http://www.theses.fr/2004EMSE0003.

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Abstract:

Parmi les renforts secs utilisés actuellement dans l'industrie, les multiaxiaux cousus NC2 offrent les propriétés mécaniques les plus intéressantes résultant de leur excellente homogénéité. Malheureusement, cette homogénéité induit des difficultés d'infiltration de la résine, i. E. La perméabilité des NC2 est très faible. Dans ce travail, nous étudions essentiellement la perméabilité transverse des renforts NC2 en régime saturé, avec quelques résultats préliminaires en régime transitoire. Avec un montage spécifique, fiabilisé puis validé par des mesures de répétabilité, la perméabilité transverse de trois types de NC2 est caractérisée en régime saturé. Les résultats font apparaître systématiquement des perméabilités faibles, de l'ordre de 10-13m2, mais surtout un différentiel de perméabilité selon la face qui reçoit le fluide. Ce phénomène est tout à fait original, il est réversible et reproductible, l'écart de perméabilité entre les faces variant de 0,17 à 0,52 selon le matériau testé. L'étude en surface des trous de couture ne peut justifier ce phénomène ni même les différences de perméabilité entre les matériaux. Par contre, une mesure 3D de la structure complète des trous pourrait apporter des éclaircissements quant à ce différentiel. En régime transitoire, un montage spécifique utilisant des capteurs à fibres optiques pour détecter le front de fluide permet de confirmer le différentiel de perméabilité observé en régime saturé. Ces résultats permettent de plus de vérifier que la perméabilité diminue lorsque la fraction volumique de fibres augmente. Enfin, les perméabilités sont environ 8 fois plus élevées en régime transitoire. Des mesures complémentaires en régime saturé devront porter sur l'effet de la fraction volumique de fibres sur la perméabilité. En régime transitoire, les mesures doivent être fiabilisées. En complément de ces mesures, une étude morphologique plus systématique doit être entreprise afin d'apporter des réponses quant au différentiel de perméabilité observé pour les NC2
Among the dry reinforcements used industrially, the multiaxial knitted NC2 yield the best mechanical properties owing to their enhanced homogeneity. Unfortunately, this homogeneity induces some problems for the resin to infiltrate the reinforcements, i. E. NC2 permeability is very low. In the present work, we focus mainly on transverse permeability of NC2 reinforcements in saturated regime, with few preliminary results in transient regime. With a dedicated apparatus, validated with repeatability measurements, the transverse permeability of three types of NC2 is characterized in saturated regime. Results exhibit systematically very low permeabilities, of the order of 10 -13m2, but above all a differential in permeability depending on the face receiving the fluid. This odd phenomenon appears to be reversible and reproducible, the permeability difference varying from 0. 17 to 0. 52 depending on the material tested. Studying the superficial geometry of the stitching hole can neither justify this phenomenon, nor explain the permeability changes between the material types tested. On the contrary, a 3D measurement of the complete stiching hole geometry may bring some hints regarding the permeability differential. In transient regime, a specific apparatus using optical fibres to detect the fluid flow front permits to confirm the permeability differential observed in saturated regime. These results ammow to verify that permeabilities decrease for increasing fibre volume fractions. Finally, permeabilities are around 8 times greater in transient regime. Complementary measures in saturated regime should focus on the effect of the fibre volume fraction on the permeability. As for the transient regime, measurements must be made more reproducible. As a complement, a more exhaustive morphological study should be carried out to bring some answers concerning the permeability differential

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Sarr, Cheikh Ahmed Tidiane. "Vers une auscultation par acousto-ultrasons des renforcements par composites collés de structures du génie civil." Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2022. http://www.theses.fr/2022ECDN0005.

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Abstract:

Un rapport sénatorial de Juin 2019 estime le parc d’ouvrages vieillissants de la France à plus de 25000 ponts routiers. Une des solutions préconisées pour éviter la ruine de ces structures est leur renforcement par collage de matériaux composites. Cette solution technique permet d’augmenter la durée de vie des ouvrages tout en prenant en compte de nouvelles sollicitations (augmentation drastique du trafic et risques sismiques). Cependant, elle est efficace que lorsque le joint de colle est bien exécuté et exempt de tout défaut ou endommagement. Ainsi, son utilisation est limitée par une méconnaissance de la qualité réelle des joints de colle sur site. L’objectif de cette thèse est de proposer à partir d’une technique non destructive, les acoustoultrasons, une méthodologie de détection et d’identification des principaux types de défauts rencontrés dans des assemblages collés. Les deux types de substrats les plus communément utilisés en génie civil à savoir l’acier et le béton ont été étudiés dans cette thèse. Par le biais d’une analyse monoparamétrique et d’une analyse statistique en composantes principales (ACP), l’ensemble des défauts créés dans des assemblages d’acier-composite et de béton-composite ont été détectés avec succès. L’identification de ces défauts a été obtenue grâce aux outils de l’intelligence artificielle (IA) à travers l’algorithme de classification de la forêt d’arbres décisionnels. Les facteurs pouvant influencer cette méthodologie ont été passés en revue avant qu’elle ne soit validée sur des échantillons de plus grande échelle, proches des réalisations sur site. Enfin, via une simulation par éléments finis de la propagation du signal dans un assemblage collé, nous soulignons les perspectives que peut offrir cette technique dans la constitution de bibliothèques d’apprentissage pour l’application des techniques de l’IA au diagnostic et au pronostic de l’état de joints de colle
A Senate report from June 2019 estimates France’s ageing structures at more than 25,000 road bridges. One of the recommended solutions to prevent the collapse of these structures is their bonding reinforcement of composite materials. This technical solution allows us to increase their lifeservice by taking into account new acquired stresses (drastic increase in traffic and seismic risks). However, the reinforcing is effective only when the adhesively bonded joint is well executed and free of defects or damages. Thus, the use of this method is limited by a lack of knowledge of the real quality of adhesive joints on site. The objective of this thesis is to propose from a nondestructive technique, the acousto-ultrasonics, a methodology of detection and identification of all types of defects encountered in adhesively bonded assemblies.We studied the most common types of substrates used in civil engineering: steel and concrete. Through a mono-parametric analysis and a statistical principal components analysis (PCA), all the elaborated defects in compositesteel and composite-concrete assemblies were successfully detected. The identification of these defects was obtained using Machine Learning tools through the Random Forest classification algorithm. The factors that could influence this methodology were studiedbefore it was validated on specimens of a larger scale, closer to the on-site achievements. Finally, through a finite element simulation of signal propagation in a bonded assembly, we underline the perspectives that this technique can offer in building learning libraries for the application of Machin Learning techniques to the diagnosis and prognosis of the state of adhesively bonded joints

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Aldebert, Grégory. "Analyse du comportement mécanique des assemblages boulonnés composites à renforts tissés." Thesis, Toulouse, ISAE, 2013. http://www.theses.fr/2013ESAE0023.

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Abstract:

Les structures composites sont de plus en plus présentes dans le domaine aéronautique. Pour certaines pièces de forme complexe, les composites à renforts tissés s'avèrent être plus adaptés, car ces derniers offrent une meilleure drapabilité. Lors de la construction des aéronefs, les structures sont généralement assemblées par des fixations mécaniques. L'étude des assemblages boulonnés est donc une étape essentielle dans le dimensionnement des structures aéronautiques. Dans ce travail de thèse effectué au sein de l'ICA en collaboration avec l'industriel Aircelle, une étude du comportement des assemblages boulonnés composites à renforts tissés (carbone-époxy G803/914 satin 5) a été menée. L'objectif a été d'aider à la compréhension des mécanismes d'endommagement et des mécanismes de ruptures des assemblages. Une campagne expérimentale visant à identifier le comportement mécanique (du pli et des interfaces) du matériau de l'étude a été réalisée. Trois lois génériques de comportement endommageable du matériau à l'échelle du pli et une loi d'interface ont été identifiées à partir de ces essais afin d'alimenter les modèles d'assemblages. La thèse décrit la cinétique d'endommagement par matage, analysée à partir d'une série d'essais sur des éprouvettes de complexité croissante. Des éprouvettes destinées à réaliser un matage pur ont permis de mettre en évidence la cinétique d'endommagement du composite tissé (cinétique uniquement étudiée sur les UD dans la littérature) pour différentes stratifications. Une modélisation EF non-linéaire implicite à l'échelle du pli (échelle méso) et à l'échelle de la mèche (méso-micro) a été développée dans le but simuler les mécanismes endommagement par matage observés. Le travail effectué sur des assemblages boulonnés en "double-cisaillement" et "simple-cisaillement" a mis en évidence l'influence de paramètres géométriques et technologiques sur le mode de rupture au niveau d'une fixation. Plusieurs modèles numériques associés (basés sur les lois identifiées) ont été réalisés afin de tester leur capacité à reproduire les essais, les résultats sont analysés et discutés. De bons résultats ont été obtenus et des pistes d'améliorations expérimentales et numériques sont proposées
Composite structures are increasingly present in the aeronautical field. For some complex parts, woven composites appear to be more suitable because of their better draping properties. For aircraft manufacturing, structures are generally assembled by mechanical fasteners. So, studying bolted joints is an essential step for the design of aircraft structures. In this study, done in the ICA in collaboration with the industrial Aircelle, research on woven composites bolted joints (carbon-epoxy 5 harness G803/914) were conducted. The aim of the study was to get a better understanding of damage and failure mechanisms of composite fasteners. A series of tests were conducted (layers and interface) to identify the mechanical behavior of the studied materials. Three damageable material laws (layer scale) were used and identified from those tests to supply numerical models. The present work describes the bearing damage kinetics, analyzed from different specimens with increasing complexity. Some specimens were designed to achieve a pure bearing, highlighting the several kinetics damages of woven composites (kinetics were only studied on unidirectional composites in the literature). Non-linear finite element models (layer scale and yarn scale) were also developed. A series of tests conducted on "double-shear" and "single-shear" composite bolted joints showed the influence of geometrical and technological parameters on the failure mode. Several associated numerical models (based on the identified laws) were performed to test their ability to reproduce the tests, results are analyzed and discussed. Good results were obtained and propositions of experimental and numerical improvements are suggested

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Li, Chen. "Simulation numérique de la fabrication de composites à renfort fibreux 3D par le procédé d'infusion." Thesis, Toulouse 3, 2018. http://www.theses.fr/2018TOU30168.

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Abstract:

La fabrication des pièces composites structurales aéronautiques nécessite l'utilisation de renforts complexes et notamment des renforts tridimensionnels. Le procédé d'infusion permettrait la fabrication de ces pièces tout en maîtrisant leur qualité et les coûts. L'objectif de la thèse est de développer un modèle, à différentes échelles, de l'écoulement de résine à travers le réseau fibreux du renfort et de proposer une simulation numérique plus fine du procédé d'infusion. L'influence des structures de renfort 2D et 3D, sera ainsi étudié aux différentes échelles : micro (intra-mèches), méso (inter-mèches)et macro(renfort, pièce)
The manufacture of composite aeronautical structural parts requires the use of more complex reinforcements, especially the 3D reinforcements. Resin infusion is the key process of Liquid Composites Molding (LCM) which will determine the quality and cost of the parts. The target of this thesis is to develop models at different scales of fibrous network of the reinforcement and to propose a finer numerical simulation of the infusion process. The influence of the 2D and 3D reinforcement structures on the infusion process will be studied at the different scales: micro (intra-tow), meso (inter-tows) and macro (reinforcement, part)

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Courleux, Alice. "Physico-chimie des échanges matrice/renfort dans un matériau composite acier/TiC." Phd thesis, Université Claude Bernard - Lyon I, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00642978.

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Abstract:

Un composite à matrice métallique et à renfort particulaire de carbure de titane (25vol.%) produit par la société Mecachrome par métallurgie des poudres est l'objet de cette étude. Le process industriel suit trois étapes : broyage à haute énergie des poudres d'acier et de carbure de titane (TiC) ; consolidation de la poudre composite par extrusion ou consolidation isostatique à chaud (HIP) ; traitements thermiques d'austénitisation. Les principales évolutions concernent la taille de particule, la taille de cristallite, le paramètre de maille et la composition chimique du renfort TiC. Dans cette étude, nous nous sommes concentrés uniquement sur l'évolution du renfort (les évolutions de la matrice sont développées dans le travail de M. Mourot). Afin de caractériser les particules de TiC à chaque étape du process, nous avons mis en place une procédure de dissolution chimique sélective de la matrice acier. Le TiC ainsi " extrait " de la matrice a ensuite été caractérisé de façon méthodique par microscopie électronique à balayage (MEB), microscopie électronique en transmission (MET), diffraction des rayons X (DRX) et analyse chimique élémentaire. Ces techniques ont permis de révéler des changements importants indiquant des interactions physico-chimiques durant les étapes d'élaboration du composite. Ces évolutions du renfort et l'étude thermodynamique des systèmes C-Fe-Ti et C-Fe-O-Ti ont permis de proposer les mécanismes réactionnels à prendre en compte lors de l'élaboration du composite acier/TiC

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Corbin, Anne-Clémence. "Développement et analyse multi-échelle de renforts en chanvre pour applications biocomposites." Thesis, Lille 1, 2020. http://www.theses.fr/2020LIL1I021.

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Abstract:

Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet européen SSUCHY (H2020-BBI) qui vise à développer des matériaux composites 100% biosourcés, en termes de renforts et de matrices. L’objectif de cette thèse est le développement et la caractérisation multi-échelle de renforts textiles en fibres de lin et de chanvre capables de répondre aux besoins des applications industrielles visées. Les travaux se focalisent d’une part sur le développement de fils et mèches aux propriétés suffisantes pour la production de renforts par tissage. Ces fils et mèches sont caractérisés sur leurs propriétés textiles et mécaniques. A l’échelle des fibres les caractéristiques sont identifiées par la méthode de l’« Impregnated Fibre Bundle Test » (IFBT). Des renforts sont élaborés par tissage à partir de différents types de fils et l’influence des paramètres de fabrication est analysée sur les propriétés textiles, de flexion à l’état sec, de traction uniaxiale, de cisaillement plan et de mise en forme lors d’essais d’emboutissage. Ces caractérisations permettent d’établir des fiches techniques et de choisir le renfort dont les paramètres de production permettront de répondre au mieux aux spécifications de la pièce composite finale. Enfin, des plaques composites sont produites avec certains des renforts développés, puis caractérisés aux moyens d’essais de traction. Les propriétés sont comparées à celles de biocomposites renforcés de fibres naturelles issues de la littérature ou déjà commercialisés
This PhD thesis is a part of the European SSUCHY project (H2020-BBI) which aims to develop 100% bio-based composite materials, in terms of reinforcements and matrices. The objective of this thesis is the development and the multi-scale characterization of textile reinforcement made of flax fibers and hemp fibers. These reinforcements have to meet the requirements of the industrial applications of SSUCHY project. First of all, the work focuses on the development of yarns and rovings with sufficient properties for the manufacturing of the reinforcements by weaving technology. For these yarns and rovings, textile and mechanical properties are studied. At the scale of the fibers, properties are obtained by the “Impregnated Fiber Bundle Test” (IFBT) method. Reinforcements are produced by weaving technology with different types of yarns. The influence of production parameters is analyzed on textiles properties, on bending properties in dry state, on uniaxial tensile properties, on plan shear properties and on shape forming capability. These characterization steps allow to build technical data sheets and to choose the reinforcement whose production parameters enables to meet the requirements of the final composite part in the best possible way. Finally, composite plates are manufactured with some of the reinforcements developed, and characterized with tensile tests. Properties of these biocomposites materials are compared with those of biocomposites reinforce by natural fibers from literature or already available on the market

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Minni, Jean-Christophe. "Stabilité dimensionnelle des circuits imprimés multicouches : influence du renfort." Saint-Etienne, EMSE, 2006. http://www.theses.fr/2006EMSE0019.

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Abstract:

La tendance actuelle de développement en électronique est l'augmentation des fonctionnalités qu'un circuit intégré peut réaliser. Pour atteindre ce développement technologique, les composants et le procédé de fabrication doivent être améliorés. Un composant majeur est le circuit imprimé multicouche. Pour intégrer ces nouveaux composants, des circuits imprimés multicouches ont été conçus et produits. Néanmoins, par manque de connaissances actuelles des propriétés des matériaux et du procédé de fabrication, le bon niveau de robustesse ne peut être atteint. Cela signifie que des défauts de connexions entre les plis de cuivre apparaissent pendant la fabrication. Cette étude propose : d'introduire les bases sur la stabilité dimensionnelle des circuits imprimés, de présenter un modèle analytique multiéchelle pour prédire les contraintes et déformations dans les circuits imprimés pendant leur fabrication, d'associer la modélisation à la détermination des paramètres expérimentaux réalistes et à la simulation statistique de Monte Carlo, de présenter une approche expérimentale pour mesurer les déformations dans les circuits imprimés pendant le procédé La modélisation multiéchelle prend en compte les différents niveaux de la structure du circuit imprimé. Cela va du fil imprégné de la cellule élémentaire de tissu du pli composite à l'échelle du circuit imprimé en passant par le pli composite et le pli hybride de cuivre gravé représentants la couche interne. Cette étude permet d'apprécier l'importance des paramètres impliqués dans la stabilité dimensionnelle des circuits imprimés, de définir quels paramètres doivent être mesurer avec précision et de prévoir les déplacements au sein des circuits imprimés pendant la fabrication. Cela contribue au développement de nouveaux renforts pour les circuits imprimés ainsi que l'optimisation des paramètres du procédé
The present development trend in electronics is the increase of functions that a integrated circuit can operate. To achieve this technological development, devices and manufacturing process should be improved. One major device is the multilayer board. To integrate new components, more complex multilayer printed circuit boards have to be designed and produced. Nevertheless, due to the lack of actual knowledge of material properties and manufacturing process, the right level of realibity could not be achieved. It means that defaults of connections between internal copper plies occur during the manufacturing. This present study proposes : to introduce some basis on printed circuit boards stability, to present a multiscale analytical modelling to prdict strains and stresses in printed circuit boards during processing, to associate modelling with realistic experimental parameters determination and statistical Monte Carlo simulation, to present an experimental approach to mesure strains during processing in printed circuit boards. The multiscale modelling takes into account the different levels of the printed circuit board structure. It goes from the impregnated yarn of the fabric unit cell of the composite ply to the printed circuit board level with in between the composite ply and the etched copper hybrid ply representative of the innerlayer. The present study permits to appreciate the importance of parameters involve in dimensional stability of printed circuit boards, to define which parameters need to be measured with accuracy and to predict displacements of printed circuit boards during processing. It contributes to the development of new reinforcements to be utilized in printed circuit boards as well as to the optimization of the process parameters

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Bourgeois, Nadine. "Caractérisation et modélisation micromécanique du comportement et de l'endommagement d'un composte à matrice métallique Al/SiCp." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1994. http://www.theses.fr/1994ECAP0353.

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Abstract:

Cette étude concerne le comportement en traction d'un composite aluminium renforce par 15% de particules de carbure de silicium, fabrique par pulvérisation-dépôt, extrudé, puis traité t6 ou t4. La géométrie et la répartition des renforts ont été mesurées par analyse d'images. Des essais de traction monotones ou avec charges et décharges ont permis une caractérisation globale du comportement et aussi une mesure de l'évolution de l'endommagement a travers celle du module d'Young. Les mécanismes d'endommagement ont été identifies lors d'essais dans l'enceinte d'un M. E. B. L'endommagement correspond à des ruptures de renforts. Suivant l'état métallurgique, l'amorçage se produit pour des déformations macroscopiques plus ou moins importantes. La modélisation du comportement de ce composite par une technique d'homogénéisation constitue la deuxième partie de ce travail. Le modèle utilisé, inspiré de la théorie d'Eshelby, est celui de Mori et Tanaka. L’extension de ce modèle au comportement élastoplastique utilise le concept de modules sécants et de contrainte équivalente de Von Mises. L’amorçage et l'évolution de l'endommagement sont décrits par l'introduction d'un critère statistique de rupture des particules, suivant une loi de Weibull. Les paramètres de Weibull ont été calés sur des mesures de fraction volumique et de taille des particules cassées. Des calculs par éléments finis ont permis de justifier le choix du comportement du renfort endommage équivalent qui remplace le renfort rompu. Le modèle a permis finalement de calculer le comportement du composite en traction pour les deux traitements thermiques. Les valeurs des paramètres introduits dans le modèle sont choisies en fonction des résultats expérimentaux. Courbes de traction, quantités et tailles de particules cassées, évolutions du module d'Young, prédites et mesurées sont très peu différentes

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Laveissière-Despetis, Florence. "Etude d'une matrice magnésie pour composite à renfort fibreux tridimensionnel." Montpellier 2, 1993. http://www.theses.fr/1993MON20080.

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Abstract:

Des poudres de magnesie sont preparees par differentes techniques de synthese; precipitation, citrate amorphe, emulsions. Des particules de granulometrie variable, en forme de feuillets, cubes, spheres ou batonnets, sont ainsi obtenues. L'influence de ces parametres granulometriques, ainsi que de l'etat d'agglomeration, sur les proprietes des poudres, est etudiee en terme de comportement a la compaction en voie seche et aptitude au frittage. Parallelement, ces poudres de synthese sont comparees a une poudre commerciale performante mais resultant d'une etape de broyage; poudre pure ou poudre activee, soit par la presence d'additifs de frittage, soit par enrobage sol-gel. Ces quelques aspects de la technologie ceramique conduisent pour finir a l'ebauche d'un composite a renfort carbone tridimensionnel et matrice magnesie (issue d'une poudre commerciale): realisation d'un preimpregne et analyse des moyens de reduction de la porosite residuelle au sein du composite par utilisation de solutions de post-infiltration. Il est ainsi montre les divers aspects de l'optimisation des proprietes d'un c. M. C. Les resultats obtenus laissent envisager la possibilite d'utilisation d'une poudre de synthese, particules submicroniques de morphologie cubique, ainsi que du procede sol-gel pour la realisation d'une poudre hybride constituee d'un cur cristallin et d'un revetement amorphe, le xerogel

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Dissertations / Theses on the topic 'Renforts composite'

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