Rozprawy doktorskie na temat „3D textile composites”
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Goktas, Devrim. "Interlaminar properties of 3D textile composites". Thesis, University of Manchester, 2016. https://www.research.manchester.ac.uk/portal/en/theses/interlaminar-properties-of-3d-textile-composites(275e9cef-7b35-47b0-84ca-bcf6fb0c7fb4).html.
Streszczenie:
Multilayer composite materials have a high tendency to interlaminar delamination when they are subjected to out-of-plane loading, because of their low-stiffness in the through-thickness (T-T) direction. The main aim of this research was to improve the interlaminar fracture toughness (IFT) of textile composites by using stitching as a T-T reinforcement technique. The intention was to provide greater delamination resistance and also to enhance the interlaminar fracture toughness between adjacent layers. In this research, E-glass 2x2 twill weave structure fabric layers and an epoxy resin were chosen as the base materials. Three different types of stitching; including the commonly-used modified lock-stitch and orthogonal-stitch (OS) geometries, the single-yarn orthogonal-stitch (SOS) and a newly-developed double-yarn orthogonal-stitch (DOS), as well as five different stitch densities were used to reinforce the multilayer preform lay-ups. The resin infusion moulding method was used to manufacture the E-glass/Epoxy 3D textile composites. The effect of stitched reinforcement on the Mode I-IFT mechanism was examined by performing double cantilever beam (DCB) tests and the Mode II-IFT mechanism by performing four-point bend end-notched flexure (4ENF) tests, respectively. Optical microscopy and scanning electron microscopy (SEM) imaging techniques were used to study the fracture surfaces of the stitched composite specimens, to assess the improvement in IFT mechanisms imparted by the stitched reinforcement used. The effect of stitching was analysed by comparing the various stitching geometries, stitch densities and the mechanical properties highlighted by the Mode I-IFT and Mode II-IFT results. It was found that the use of the novel double-yarn orthogonal-stitch (DOS) reinforcement allied with the use of high stitch densities gave the greatest improvement on both Mode I-IFT and Mode II-IFT tests. Moreover, in every case, the use of DOS and high stitch densities gave a significant improvement of 74.5% in Mode I-IFT and 18.3% for Mode II-IFT tests when compared with unstitched samples. It has been shown that the novel DOS stitch geometry yields significant benefits over established stitching techniques in respect of stitched reinforcement for laminated composite preforms. Besides this, the double column 5x5 mm stitch pattern reveals the highest delamination resistance performance among all the stitching formations tested for Mode I-IFT and II-IFT.
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Waterton, Taylor Lindsey. "Design and manufacture of 3D nodal structures for advanced textile composites". Thesis, University of Manchester, 2007. http://www.manchester.ac.uk/escholar/uk-ac-man-scw:151244.
Streszczenie:
Traditional weaving technologies have been utilised over the past twenty-to-thirty years in producing woven textile components that meet engineering requirements through the interlacement of high performance yarns such as carbon, glass and Kevlar. The end performance properties and lightweight characteristics of these fabrics have been adapted within the development of both flat multilevel and shaped configurations for the composites industry. The purpose of the present research required the employment of conventional weaving technologies with limited modifications for the production of 3D woven textile preforms in a variety of truss like configurations; therefore, generating a generic procedure for all yarn combinations and strut and node dimensions for production on dissimilar jacquard looms. The ultimate driving force behind the research was to produce a truss like configuration for the aerospace industry incorporating the design criterion of solid and hollow woven counterparts. This would enable the end truss configuration to have two functions; the first being a lightweight structure by the elimination of bonding applications, through the utilisation of a fully integrated fabrication process; secondly to incorporate hollow struts for a novel storage solution.
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Stig, Fredrik. "An Introduction to the Mechanics of 3D-Woven Fibre Reinforced Composites". Licentiate thesis, Stockholm : Skolan för teknikvetenskap, Kungliga Tekniska högskolan, 2009. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-10235.
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Rudov-Clark, Shoshanna Danielle, i srudov-clark@phmtechnology com. "Experimental Investigation of the Tensile Properties and Failure Mechanisms of Three-Dimensional Woven Composites". RMIT University. AEROSPACE, MECHANICAL AND MANUFACTURING ENGINEERING, 2007. http://adt.lib.rmit.edu.au/adt/public/adt-VIT20080808.115853.
Streszczenie:
This PhD thesis presents an experimental investigation into the tensile properties, strengthening mechanics and failure mechanisms of three-dimensional (3D) woven composites with through-the-thickness (z-binder) reinforcement. 3D composites are being developed for the aerospace industry for structural applications in next-generation aircraft, such as wing panels, joints and stiffened components. The use of 3D woven composites in primary aircraft structures cannot occur until there has been a detailed assessment of their mechanical performance, including under tensile loading conditions. The aim of this PhD project is to provide new insights into the in-plane tensile properties, fatigue life, tensile delamination resistance and failure mechanisms of 3D woven composites with different amounts of z-binder reinforcement. Previous research has revealed that excessive amounts of z-binder reinforcement dramatically improves the tensile delamination toughness, but at the expense of the in-plane structural properties. For this reason, this PhD project aims to evaluate the tensile performance of 3D woven composites with relatively small z-binder contents (less than ~1%). The research aims to provide a better understanding of the manufacture, microstructure and tensile properties of 3D woven composites to assist the process of certification and application of these materials to aircraft structures as well as high performance marine and civil structures.
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Liu, Yang. "Multi-scale damage modelling of 3D textile reinforced composites including microstructural variability generation and meso-scale reconstruction". Thesis, Lille 1, 2017. http://www.theses.fr/2017LIL10089.
Streszczenie:
Les matériaux composites à renforts tissés 3D connaissent une utilisation grandissante dans de nombreux domaines de par entre autres leurs excellentes propriétés mécaniques. Cependant, le manque de compréhension de leur comportement est un facteur limitant. Ces limites sont liées à la complexité des phénomènes intervenant à différentes échelles qui jouent un rôle essentiel sur la prédiction de la réponse du matériau. Pour comprendre et résoudre ce problème, ce travail a pour objectifs d’étudier les matériaux composites 3D à l’aide de simulations numériques et d’observations expérimentales réalisées aux échelles micro, méso et macro. L’étude expérimentale a été réalisée afin d’obtenir : les propriétés macroscopiques du matériau et les paramètres nécessaires à la reconstruction géométrique. Ces caractéristiques ont été évaluées à l’aide de diverses techniques : microscopies optique et électronique et tomographie par rayons X sur des éprouvettes avant et après essais mécaniques afin de détecter les éventuels endommagements. Ces observations ont permis de définir les stratégies numériques à mettre en place aux différentes échelles. Ainsi, à l’échelle microscopique, un algorithme de dynamique moléculaire a été développé et testé sur des volumes représentatifs élémentaires et sur des sections de fils. Les résultats obtenus montrent une grande capacité à générer la variabilité microstructurale. A l’échelle mésoscopique, une stratégie de reconstruction à partir d’images tomographiques a permis de prendre en compte l’architecture réelle du composite 3D. Cette technique de modélisation a montré son grand intérêt dans la prédiction de la réponse non linéaire du matériau3D textile reinforced composites have gained extensive application in many industrial domains by taking their excellent mechanical properties and neat-shape manufacturing. However, lack of understanding in material behaviour might be limiting factors at the design stage. One of these limits is the complexity of the multi-scale phenomena which play a critical role in predicting the material response. In order to tackle this problem, the systematic and detailed investigations are required at different material scales. Therefore, this work addresses to study 3D composites alternating and combining numerical simulations and experimental observations at different material scales. Experiments were carried out to provide twofold parameters: material properties and required geometrical reconstruction parameters. X-ray tomography was employed to inspect the intact samples. Electronic and optical microscopy techniques have been used in order to investigate in details the yarn cross-sections at initial states and eventual damages mechanisms accumulated during mechanical tests. All those observations allowed choosing numerical strategies at different material scales. Thus, at the micro-scale, the modified molecular dynamics algorithm has been developed and tested on RVE and irregular cross-section yarns. The results show great capacity and originality in the generation of the microstructural variability. Consequently, at the meso-scale, the reconstruction strategy was chosen which allowed representing real mesostructure of the composites. This modelling technique has great importance in the prediction of the material response, especially at the non-linear stage
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Risicato, Jean-Vincent. "Optimisation de l'architecture des fils dans une structure textile 3D pour le renforcement de pièces composites". Thesis, Lille 1, 2012. http://www.theses.fr/2012LIL10070/document.
Streszczenie:
Dans le cadre du projet RaidOUTILS, un nouveau procédé de production de renforts textiles pour pièces composites est conçu. Il permet de réaliser des pièces profilées à section constantes ou non avec des orientations et liages multiples dans l'épaisseur. Un large choix de géométries est possible, il est donc nécessaire d'anticiper la structure à partir de la cinématique du procédé. Une modélisation permet cette anticipation. La technologie RaidOUTILS est une hybridation entre les procédés de tissage et de tressage. La combinaison des caractéristiques de ces deux technologies vise à éviter les découpes, les assemblages ou la mise en forme qui sont des manipulations sources de défaut. Les entrelacements peuvent se faire sur plusieurs couches comme sur un interlock. L'indépendance des guide-fils permet des entrelacements dans toute la structure. Elle perme enfin de proposer des structures à section évolutives par le choix d'une cinématique adaptée. La modélisation géométrique est basée sur une détection de rencontre des fils les uns par rapport aux autres et ne fait pas intervenir de notions mécaniques telles que le contact ou le frottement. La structure est définit par les fils, à section circulaire et constante, et par une ligne moyenne passant par les nœuds. Le temps de calcul est réduit pour obtenir une première estimation de la structure à l'échelle macro en termes de géométrie globale : orientation et entrelacement des fils. Le but est de permettre de faire le lien entre un moyen de production de renfort textile 3D, sa compréhension et l'optimisation de son utilisation selon des critères utiles à la réalisation de pièces composites élancéesThe RaidOUTILS project aims the production of textile reinforcement for composite parts. Manufacturing of stiffeners with constant, as well as variable, cross sectional shape is possible. Interlacing is possible trough the thickness of the material and leads to a wide range of fibre orientation within the textile reinforcement. The RaidOUTILS technology is a hybridisation of braiding and weaving manufacturing. By combining properties from both technologies, steps such as cutting, joining and forming can be avoid. Those steps introduce defect in traditional reinforcement manufacturing cycle. Based on independent motion for each yarn within the structure it is possible to control interlacing and modify cross section. Modelling is also proposed for this process. It represents the yarn kinematic based on the existing machinery. The simple model is necessary to have a low calculation time to get the virtual skeleton of the structure. This skeleton returns data such as interlacing, orientation of the preform. The aim of the project is the creation of a new 3D textile manufacturing process and also to make the link between a product (textile) and the process by modelling
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Nauman, Saad. "Geometrical modelling and characterization of 3D warp interlock composites and their on-line structural health monitoring using flexible textile sensors". Thesis, Lille 1, 2011. http://www.theses.fr/2011LIL10010/document.
Streszczenie:
Ce mémoire de thèse de doctorat est structuré en deux parties. Dans la 1ère partie, une nouvelle approche traitant la caractérisation géométrique et mécanique est décrite. La modélisation géométrique de tissu 3D interlock est corrélée avec les paramètres de tissage afin de mieux prendre en compte ces paramètres. Le tissage de tissu 3D interlock est décrit en détail. Par la suite, une étude a été menée pour mieux comprendre les changements qui se produisent dans une mèche de carbone lorsque cette dernière est intégrée dans un renfort. Un coefficient de transfert des propriétés mécaniques a été proposé permettant une meilleure compréhension de l’influence des paramètres structuraux sur les propriétés d’un composite. Dans la 2eme partie du mémoire, un système de mesure in situ pour les composites a été développé. Ce système comporte un capteur souple et un module de traitement de données et d’amplification des signaux. Le capteur fibreux développé durant nos recherches a été inséré pendant le tissage comme un fil de trame. Le système a été testé sur une plaque en composite, contenant les renforts en 3D interlock, en traction. Le capteur suit fidèlement les déformations de la plaque composite jusqu’à la ruptureThis thesis is divided in two parts. In the first part a geometrical modelling approach has been developed in tandem with weaving parameters. The reinforcements were woven on a modified conventional loom to study the geometry of these structures. Their weaving has been described in detail. The weaving parameters have been correlated to the modelling approach. The meso structural modelling approach is capable of predicting essential reinforcement geometrical characteristics at meso structural level without being too complicated. Furthermore, mechanical characterization of 3D interlock reinforcements has been carried out in such a way that a track of mechanical properties during the complete production cycle has been maintained. A novel parameter called strength transfer coefficient was proposed which allows better understanding of the influence of structural parameters on the final properties of the composite. In the second part of the thesis an online structural health monitoring system which is composed of a textile based sensor and signal amplification and treatment module, has been developed. This system is capable of detecting structural deformations in the composite as the sensor is integrated during the manufacturing of the reinforcement and can follow its deformation pattern when composite is subjected to tensile loading in a real time
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Verone, Benjamin. "Étude du comportement statique et dynamique d'un matériau composite textile interlock 3D - caractérisation expérimentale et modélisation numérique". Master's thesis, Université Laval, 2018. http://hdl.handle.net/20.500.11794/35273.
Streszczenie:
Ce mémoire présente les travaux de développement d’un outil de simulation numérique du comportement d’un matériau composite textile spécial appelé interlock 3D. Ce tissé composite présente des performances intéressantes de résistance au choc et de tolérance aux dommages. Ces propriétés lui viennent de la présence de torons tissés à travers l’épaisseur. De ce fait, ce matériau peut être une alternative très intéressante aux composites stratifiés conventionnels, qui n’ont que des fibres orientées dans le plan, pour des applications aéronautiques où des éléments sont soumis à des impacts et sujets au délaminage. Ce travail présente une campagne expérimentale qui vise à caractériser le comportement du matériau dans les directions du plan et à travers l’épaisseur. Par la suite des lois de comportement sont développées pour reproduire le comportement dans chaque direction. Mettre en place la mécanique d’endommagement, ainsi que le comportement inélastique ont été les parties les plus complexes. Ce modèle est par la suite implanté dans le logiciel éléments finis ABAQUS/Explicit en utilisant une sous-routine VUMAT. Des simulations du comportement mécanique du matériau sont premièrement réalisées pour valider les prédictions du modèle dans l’ensemble des directions. Ensuite, des essais d’indentation quasi-statique sont effectués et les résultats sont comparés aux prédictions du modèle. Enfin, des simulations dynamiques d’impact sont réalisées sur le composite tissé en utilisant des projectiles rigides et mous ainsi que différentes configurations. Des comparaisons avec des résultats expérimentaux montrent la bonne capacité du modèle à reproduire le comportement du matériau lors de l’impact avec un projectile rigide à faible vitesse. Les hautes énergies d’impact traduisent des lacunes dans la mécanique d’endommagement proche de la rupture. Les résultats d’impact avec un projectile mou à faible vitesse sont encourageants et montrent l’aptitude du modèle à fournir une estimation correcte de la force d’impact, bien que surestimée dans certaines configurationsThis study presents the development of a tool for numerical simulation of the behavior of a special textile composite material called interlock 3D. This composite woven fabric exhibits interesting performance in terms of impact resistance and damage tolerance. These properties come from the presence of strands woven through the thickness. As a result, this material can be a very interesting alternative to conventional laminated composite, which have only planar oriented fibers, for aeronautical applications where elements are subjected to impacts and subjected to delamination. This work presents an experimental campaign aimed at characterizing the behavior of the material in the in-plane directions and through the thickness. Subsequently behavior laws are developed to reproduce the mechanical behavior in each direction. Seting up the mechanics of damage, as well as the inelastic behavior were the most complex parts. This model is subsequently implemented in the ABAQUS / Explicit finite element software using a VUMAT subroutine. Simulations of the material mechanical behavior are first performed to validate the predictions of the model in all the directions. Then, quasi-static indentation tests are performed and the results compared to the model predictions. Finally, dynamic impact simulations are carried out on the woven composite using rigid and soft projectiles as well as different configurations. Comparisons with experimental results show the model's good ability to reproduce the behavior of the material during impact with a rigid low-velocity projectile. High impact energies reflect shortcomings in the mechanics of damage close to rupture. Impact results with a soft low-velocity projectile are encouraging and show the ability of the model to provide a correct estimate of the impact force, although overestimated in some configurations
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Parvathaneni, Keerthi Krishna. "Characterization and multiscale modeling of textile reinforced composite materials considering manufacturing defects". Electronic Thesis or Diss., Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Lille Douai, 2020. http://www.theses.fr/2020MTLD0016.
Streszczenie:
L’influence des porosités induites par les procédés de fabrication sur les propriétés mécaniques des composites textiles a été étudiée à la fois par caractérisation expérimentale et par modélisation multi-échelle. En particulier, les porosités ont été caractérisés en termes de fraction volumique, taille, forme et distribution, et les effets de chaque caractéristique sur les propriétés mécaniques des composites textiles ont été analysés. De nombreuses plaques de composites textiles ont été fabriquées par le procédé Resin Transfer Molding (RTM). Ainsi, un renfort textile en verre interlock 3D a été imprégné par une résine époxy injectée sous une pression constante pour générer différents types de porosités. Des essais mécaniques ont été réalisés pour examiner la dépendance du module et de la résistance en traction des composites par rapport au taux de porosité total, intra-toron et inter-toron et également par rapport aux caractéristiques géométriques des porosités. Des analyses au microscope électronique ont été effectuées pour obtenir des informations locales sur les fibres (diamètre et distribution) et les porosités intra-toron (rayon, rapport d’aspect et distribution). A partir de ces résultats, un nouvel algorithme a été développé pour générer le Volume Elémentaire Représentatif (VER) qui est statistiquement équivalent au composite contenant les porosités. De plus, l’effet de la morphologie, du diamètre et de la distribution spatiale des porosités (homogène, aléatoire et concentré) sur les propriétés homogénéisées des torons a également été étudié par la méthode des éléments finis. La tomographie par rayons X a été utilisée pour extraire la géométrie méso-échelle réelle en trois dimensions et les porosités intra-toron. Ensuite, ces données ont été utilisées pour créer un modèle numérique à l’échelle mésoscopique (VER) et prédire les propriétés élastiques des composites avec porosités. Une étude paramétrique utilisant une méthode numérique multi-échelle a été effectuée pour étudier l’effet de chaque caractéristique des porosités, c.-à-d. le taux volumique, la taille, la forme, la distribution et la localisation sur les propriétés élastiques de composites. Ainsi, la méthode multi-échelle proposée permet d’établir une corrélation entre les porosités à différentes échelles et les propriétés mécaniques des composites textilesThe influence of void-type manufacturing defects on the mechanical properties of textile composites was investigated both by experimental characterization and by multiscale modeling. In particular, voids characteristics such as not only void volume fraction but also its size, shape, and distribution have been characterized for textile composites and their effect on the mechanical properties have been analyzed. Several textile composite plates were fabricated by the resin transfer molding (RTM) process where 3D interlock glass textile reinforcement was impregnated by epoxy resin under a constant injection pressure to generate different types of voids. A series of mechanical tests were performed to examine the dependency of tensile modulus and strength of composites on the total void volume fraction, intra & inter-yarn void volume fraction, and their geometrical characteristics. Microscopy observations were performed to obtain the local information about fibers (diameter and distribution), and intra-yarn voids (radius, aspect ratio and distribution). Based on these results, a novel algorithm was proposed to generate the statistically equivalent representative volume element (RVE) containing voids. Moreover, the effect of void morphology, diameter and spatial distribution (homogeneous, random and clustering) on the homogenized properties of the yarns was also investigated by the finite element method. X-ray micro-computed tomography was employed to extract the real meso-scale geometry and inter-yarn voids. Subsequently, this data was utilized to create a numerical model at meso-scale RVE and used to predict the elastic properties of composites containing voids. A parametric study using a multiscale numerical method was proposed to investigate the effect of each void characteristic, i.e. volume fraction, size, shape, distribution, and location on the elastic properties of composites. Thus, the proposed multiscale method allows establishing a correlation between the void defects at different scales and the mechanical properties of textile composites
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Bai, Renzi. "Modélisation de la mise en forme des renforts fibreux : Nouvelle Approche de coque spécifique et étude expérimentale". Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSEI108.
Streszczenie:
La déformation des renforts composites textiles est fortement conditionnée par leur composition fibreuse. Les théories classiques des plaques et des coques sont basées sur des hypothèses cinématiques qui ne sont pas vérifiées pour les renforts textiles. Des expérimentations montrent que le glissement entre fibres (couche) dans l’épaisseur fait la spécificité des matériaux fibreux. Le processus RTM (Resin Transfer Molding) est largement utilisé pour obtenir des pièces composites avec géométrie complexe. La mise en forme est une étape très importante. Afin d’optimiser la fabrication de produit (spécialement le tissu multicouche), des modèles numériques sont nécessaires. Par conséquent une approche de coque 3D spécifique aux renforts fibreux est proposée. Elle est basée sur deux spécificités : la quasi-inextensibilité des fibres et le glissement possible entre les fibres. L'approche est développée dans le cadre « Continuum-based shells ». La nouvelle hypothèse basée sur la conservation d’épaisseur est appliquée dans l’équation cinématique. La forme de puissance virtuelle reflète les spécificités de la déformation des renforts fibreux. Il prend en compte la rigidité de traction et de flexion des fibres et aussi de cisaillement dans le plan. Le frottement entre fibres est pris en compte de manière simple en lien avec la flexion. La présente approche est basée sur la physique réelle de la déformation des renforts textiles. Il permet de simuler les déformations 3D des renforts textiles et fournit des déplacements et déformations pour tous les points dans l'épaisseur du tissu et les bonnes rotations du directeur matériel. Enfin, des expérimentations et simulations réalisées sur des renforts multicouches sont présentées dans ce travail, et une nouvelle méthode d’expérimentation est proposéeThe deformation of textile composite reinforcements is strongly conditioned by their fibrous composition. Classic plate and shell theories are based on kinematic assumptions that are not verified for textile reinforcements. Experiments show that the slippage between fiber (layer) in the thickness makes the specificity of fibrous materials. The RTM process (one of the forming process) is widely used to obtain composite parts with complex geometry is with great importance. In order to optimize the manufacturing of product, numerical models are necessary. Therefore, a 3D shell approach specific to fiber reinforcements is proposed which is based on two specificities: the quasi-inextensibility of the fibers and the possible sliding between the fibers. This approach is developed in the frame of continuum-based shell, the new assumption who based on the conservation of the thickness is applied to the kinematic equation. The theory of virtual power reflects the specific deformation of the fibrous reinforcements. It considers the tensile and bending stiffness of the fibers and the in-plan shear stiffness. The friction between fibers is taken into account in a simple way in connection with bending. The present approach is based on the real physics of the deformation of textile reinforcements. It simulates the 3D deformations of textile reinforcements and provides displacements and deformations for all the points along the thickness of the fabric and simulates the correct rotations of the material director. Finally, experiments and simulations performed on multilayer reinforcements are presented in this work, and a new method of experimentation is proposed
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King, Robert Scott. "Damage tolerant 3D woven technical textiles in reinforced composites". Thesis, University of Ulster, 2010. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.516537.
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Quinn, Justin Patrick. "The characteristics of 3D woven textiles for composite materials". Thesis, University of Ulster, 2004. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.414073.
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Guyader, Guillaume. "Contribution à l’étude des conditions de tressage d’armures textiles hautes performances : application à l’identification des rigidités élastiques de coques composites 2D et 3D". Thesis, Lyon 1, 2012. http://www.theses.fr/2012LYO10299.
Streszczenie:
A partir d'un bilan bibliographique portant sur les enjeux du développement des composites dans le secteur automobile et en examinant les problèmes scientifiques et techniques posés par l'utilisation des armures textiles 2D et 3D pour la prévision des propriétés en rigidité de composites tressés, notre recherche s'articule autour de trois axes : Dans une première partie, nous cherchons à décrire les différentes phases de l'opération de tressage en identifiant les principaux paramètres du procédé industriel qui influencent le positionnement et la structuration géométrique de l'armure textile. Nous proposons une formulation analytique originale de la trajectoire des fils sur le mandrin et nous sommes en mesure de simuler l'influence des différents paramètres de tressage sur la description du positionnement géométrique des fils au sein du VER des composites tressés. Dans une seconde étape, nous développerons une procédure d'analyse expérimentale sur des éléments de structures « modèle » tressés en prenant en considération des conditions de chargement complexe pour mettre en évidence les effets induits par les hétérogénéités et les facteurs d'anisotropie des renforts textiles. Cette phase expérimentale permet de proposer et valider, dans une troisième étape, une méthode de calcul des caractéristiques mécaniques globales en rigidité basée sur l'analogie avec les composites stratifiés prenant en considération l'ondulation des fils dans les propriétés intrinsèques des plis individuelsIn the first part of the thesis, based on literature results, we synthesize the main difficulties that limit the development of composite materials for automotive applications. Furthermore, we examine what are the scientific and technical issues for the prediction of the mechanical performances of braided technical textiles. Consequently, our effective research work follows three main axes: In a first phase, we analyse different parameters that influence the braiding process, and we propose a new analytical formulation describing the yarn positioning on complex shaped mandrels. In a second phase, we perform an experimental analysis of the mechanical properties of braided composites testing tubular structures under complex loading conditions, to evaluate the influence of internal heterogeneousness on the structural behaviour. In the last phase, we consider and validate a modelling approach where numerical results are obtained from laminated composite theory, taking into account the local orientation of yarns. Finally, we are able to suggest different optimised design ways applied to braided composites structures
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Jetavat, Dhavalsinh. "Near net shape preforming by 3D weaving process". Thesis, University of Manchester, 2012. https://www.research.manchester.ac.uk/portal/en/theses/near-net-shape-preforming-by-3d-weaving-process(bb697182-f424-480b-963a-dc49b84425c6).html.
Streszczenie:
Significant proportion of composite industry is currently produced using prepregs, cured in autoclave which is very expensive and time consuming process. Dry textile preforms in conjunction with liquid molding techniques can lead to significant reductions in material costs, manufacturing costs and cycle times. These dry preforms are typically 2D woven or braided fabrics which also required lay-up and have low interlaminar properties. Through thickness reinforcement provides solution for this problem as it gives better interlaminar properties as well as near net shape performing. Various 3D performing methods are discussed and reviewed in this research where 3D weaving comes out as ideal process to develop near net shape preforms with more efficiency and better material performance. This research highlights the advantages and limitations of conventional 3D weaving processes. A number of approaches for improving the flexibility of 3D weaving process have been presented including changing fiber architecture in different sections of the preform, tapering in the width and thickness directions and finally to change the fiber orientation. It is concluded that multi step and taper fabrics can be produced on conventional weaving by some modifications. Furthermore, a novel 3D weaving machine is designed and developed after reviewing various patents and weaving methods to overcome limitations of conventional weaving machine. Key criterions from limitations of conventional weaving processes are considered and modified such as multiple weft insertion, limited warp stuffer movement, linear take-up to develop 3D weaving machine. In order to achieve isotropic material, two textile technologies are combined to get final requirements. 3D weaving can provide us fibres in 0° and 90° direction with through thickness reinforcement, whereas braiding can satisfy the requirement of bias direction fibres. Near net shape preforms such as taper and multistep are produced and laminated. Preliminary testing is performed on these laminates to evaluate fibre architectures. Further work is required in terms of machine modification which can provide weave design flexibility to explore various multilayer weave architectures. Thorough testing is required to evaluate and define structure performance and effect of fibre damage during weaving process.
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De, Luycker Emmanuel. "Simulation et expérimentation en mise en forme de renforts composites 3D interlocks". Phd thesis, Lyon, INSA, 2009. http://oatao.univ-toulouse.fr/18622/1/DeLuycker_18622.pdf.
Streszczenie:
De par leur ratio résistance/poids très avantageux, les matériaux composites trouvent de plus en plus d’applications notamment, dans le domaine aéronautique. Or la sensibilité des multicouches aux délaminages limite leur usage principalement à des parties non structurelles. Pour éviter ce problème et étendre le domaine d’application des matériaux composites, les tissés interlock ont été développés ; leur tissage « dans l’épaisseur » donne à ces matériaux une meilleure tolérance aux dommages et leur ouvre des applications telles que les aubes de soufflantes de ré-acteurs d’avions. De plus, le procédé R.T.M. utilisé dans ce cas permet de produire à moindre coût des pièces de géométrie complexe. Dans ce contexte, il est capital de bien connaître les propriétés des pièces finies, que ce soit du point de vue du comportement dynamique ou de la tenue à l’impact. La simulation du formage des renforts 3D présente donc un intérêt majeur connaissant l’influence des directions de mèches sur le propriétés de la pièce finie. Dans ce travail de recherche, nous introduisons un élément fini Lagrangien, semi discret permettant de simuler la mise en forme de préformes interlocks. Deux modèles sont considérés pour prendre en compte l’intégralité du comportement ; la tension dans les mèches est modélisée de manière discrète alors que les autres contributions le sont par un modèle continu. L’autre volet de ce travail est consacré à la caractérisation expérimentale de ces matériaux en traction, compression et cisaillement. Puis à l’identification du modèle. L’élément, implémenté et validé dans un code de calcul en dynamique explicite développé au laboratoire, permet alors des simulations de mise en forme validées par l’expérience.
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Bigaud, David. "Description géométrique pour la caractérisation mécanique multi-échelles de matériaux composites à renforts textiles 2D et 3D". Lyon 1, 1997. http://www.theses.fr/1997LYO10223.
Streszczenie:
Afin de permettre l'identification des caracteristiques de rigidite et de resistance de materiaux composites a renforts textiles 2d et 3d, nous avons developpe une procedure privilegiant leur description geometrique tridimensionnelle. Une comparaison des differents modeles de prevision des proprietes mecaniques de composites a renforts textiles a montre que la modelisation des rigidites ou du comportement jusqu'a rupture d'un materiau anisotrope doit se faire a partir de sous-domaines. Dans cette these, nous developpons des techniques d'homogeneisation s'appuyant sur une approche energetique conduite a differentes echelles. A l'echelle microscopique, la minimisation d'une fonctionnelle derivee de l'energie complementaire permet d'etablir les proprietes d'un composite unidirectionnel en fonction de celles de la matrice et des filaments. A l'echelle mesoscopique, les minimisations simultanees des fonctionnelles d'energie complementaire et de deformation permettent d'encadrer les caracteristiques mecaniques ainsi que les etats de deformations et de contraintes au sein du renfort. Nous integrons a cette echelle des lois statistiques sur la rupture des fils. A l'echelle macroscopique, nous definissons finalement les caracteristiques globales en rigidite ainsi que la fonction d'endommagement de la cellule unitaire - representation locale de la geometrie du renfort. Parallelement, nous avons analyse la cinematique particuliere d'un prototype de machine de tressage cartesien afin d'etablir les lois de prevision des orientations et des repartitions spatiales des fils au sein de composites 3d. La dissection de tresses consolidees permet in fine de definir les relations dynamiques entre les parametres de conception et les caracteristiques materielles des cellules unitaires representatives du composite. La validite des modelisations proposees pour les previsions des proprietes en rigidite et a la rupture de composites a renforts textiles tisses et tresses cartesiens est confirmee par la confrontation avec des resultats experimentaux. En complement d'essais conduits sur des elements de plaques sollicites en traction et en flexion, nous proposons une procedure experimentale s'appuyant sur le dispositif de cisaillement plan d'iosipescu et les techniques d'interferometrie holographique.
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Duning, Solomon George. "3D Textile PMC Damage Evolution: Effects of Fiber Volume Fraction and Morphology Variation". University of Dayton / OhioLINK, 2016. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=dayton1461854275.
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Lansiaux, Henri. "Élaboration et caractérisation de renforts tissés 3D interlock chaine en lin pour matériaux composites". Thesis, Lille 1, 2020. http://www.theses.fr/2020LIL1I041.
Streszczenie:
La caractérisation multi-échelle des préformes textiles en fibres naturelles est un moyen indispensable pour comprendre et évaluer les propriétés mécaniques et le comportement du composite. Dans cette étude, une caractérisation expérimentale multi-échelle est réalisée sur des tissus 3D interlock chaine en fibre de lin à l'échelle des fibres (micro), des mèches (méso), des tissus et des matériaux composites (macro). Les propriétés mécaniques en traction de la fibre de lin ont été déterminées en utilisant la méthodologie de l'IFBT. L'effet de la torsion a également été pris en compte dans le calcul de la rigidité de la fibre et a révélé les limites de la loi des mélanges et d'autres modèles. Des essais de traction sur des mèches sèches ont été effectués en considérant différents niveaux de torsion afin de déterminer le niveau de torsion optimal pour tisser 3D la mèche de lin. Les résultats révèlent l'importance de considérer les propriétés de la fibre et des mèches à ces échelles pour déterminer la matière première la plus adéquate pour le tissage. A l'échelle du tissu, dix sept tissus 3D interlocks chaines ont été réalisés pour comprendre l’influence des paramètres produits sur les paramètres textiles et sur le comportement mécanique. La caractérisation des structures tissées 3D interlock chaine montre le rôle prépondérant des mèches sur les propriétés structurelles et mécaniques. A l'échelle macroscopique suivante, les six structures résinées ont permis d'établir des relations entre les structures de renfort et les matériaux composites associés. Couplé à l'ensemble de ces études, une approche statistique a permis d'apporter une vision globale des paramètres produits qui influent sur les tissus 3D interlock chaine et les matériaux composites associésThe multi-scale characterisation of textile preforms made with natural fibres is a necessary method to understand and analyse the mechanical properties and behaviour of the composite. In this study, a multi-scale experimental characterisation is carried out on 3D warp interlock fabrics made with flax fibres at the fibre (micro), yarns (meso), fabric and composites (macro) scales. The mechanical tensile properties of the flax fibre were determined using the IFBT methodology. The twist effect was also taken into account in the calculation of fibre stiffness and revealed the limits of the rules of mixtures and some other models. Tensile tests on dry rovings were carried out considering different levels of twist, in order to determine the optimal twist level suited for 3D weaving process. The results reveal the importance of considering the properties of the fibre and the yarn at these scales to determine the most suitable material for weaving. At the fabric scale, seventeen 3D warp interlock fabrics were produced to understand the influence of product parameters on textile parameters and mechanical behaviour. The characterisation of 3D warp interlock woven structures shows the predominant role of yarns on structural and mechanical properties. On the following macroscopic scale, the six impregnated structures have enabled relationships to be established between the reinforcing structures and the associated composite materials. Coupled with these studies, a statistical approach provided a global vision of the product parameters that influence the 3D interlock warp interlock fabrics and the associated composite materials
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Persson, M. (Maria). "3D woven scaffolds for bone tissue engineering". Doctoral thesis, Oulun yliopisto, 2014. http://urn.fi/urn:isbn:9789526206967.
Streszczenie:
Abstract Bone tissue engineering has become a rapidly expanding research area because it offers a promising new approach for bone repair and regeneration. Compared to traditional autograft and allograft procedures, bone tissue engineering techniques based on the use of scaffolding materials in combination with autogenous stem cells can eliminate problems of donor site morbidity associated with the harvest of bone tissue, and its short supply. Clearly, the choices of material as well as a scaffold design that enhance bone regeneration are major challenges in the tissue engineering approach. Fibers in the micro-range in combination with textile-based technologies are consider as potential routes for the production of complex scaffolds since they can be used to generate a wide range of morphological structures and geometrically varied structures with high precision. Therefore in this thesis the specific objects were to: (i) develop a biocompatible composite fiber from poly(lactic acid) (PLA) and hydroxyapatite (HA) by melt spinning, (ii) design a 3D textile scaffold utilizing weaving and (iii) evaluate the scaffolds’ performance as a bone substitute material in vitro. In the present study PLA/HA composite fibers were successfully produced, and found to possess sufficient mechanical strength even at high loading concentrations (i.e. 20wt %), to be useful in a textile process. In addition, the material was shown to be biocompatible and the presence of HA in the PLA composite significantly enhanced the initial cell attachment. In a 3D woven scaffold, bone marrow derived human mesenchymal stem cells (hMSCs) differentiated into osteoblasts and mineralized bone formation in vitro was observed through-the-thickness of the scaffold. Taken together, these results indicate the potential feasibility of PLA/HA composite fiber in a 3D woven scaffold for use as a bone substitute material in tissue engineering applicationsTiivistelmä Luupuutosten korvaaminen kudosteknologisesti on kehittynyt nopeasti ja tutkimustulokset tarjoavat lupaavia mahdollisuuksia tuottaa uutta luuta luupuutosalueelle. Perinteisiin potilaan omasta luusta tehtyihin luusiirteisiin ja pankkiluusiirteisiin verrattuna potilaan omat kantasolut voivat vähentää ongelmia, joita ovat siirremateriaalin rajallinen saatavuus ja vieraan kudoksen aiheuttamat reaktiot. On tärkeä etsiä hyviä materiaaleja, joista voidaan valmistaa sellaisia kolmiulotteisia (3D) rakenteita, joilla tehostetaan luun paranemista ja uuden luun muodostumista. Kutomalla tuotetut tukirakenteet mahdollistavat kantasolusiirteille kolmiulotteisuuden, jota voidaan säädellä monipuolisesti ja tarkasti. Tämän väitöstutkimuksen tarkoituksena oli: (i) kehittää bioyhteensopiva kuitu maitohappopolymeeristä poly lactic acid (PLA) ja hydroksiapatiitista (HA) kuituekstruusiolla, (ii) suunnitella ja kutoa tästä kuidusta 3D tekstiilirakenne, ja (iii) tutkia sen toimivuus ja ominaisuudet luunmuodostusta tukevana materiaalina soluviljelyolosuhteissa. Tämä tutkimus osoittaa, että PLA kuitua voidaan seostaa hydroksiapatiitilla, ja PLA/HA kuidut ovat mekaanisesti kestäviä sisältäessään jopa 20 painoprosenttia hydroksiapatiittia. Siten kuidut ovat tekstiilin valmistuksessa käyttökelpoisia. Lisäksi materiaali osoittautui bioyhteensopivaksi, ja hydroksiapatiitti paransi solujen tarttumista PLA kuituun viljelyn alkuvaiheessa. Ihmisen luuytimestä peräisin olevat sidekudoksen kantasolut (hMSCs) erilaistuivat soluviljelmässä luuta muodostaviksi soluiksi eli osteoblasteiksi, ja tuottivat mineralisoitunutta luun väliainetta kautta koko kudotun tukirakenteen. Johtopäätöksenä on, että PLA/HA yhdistelmäkuitua voidaan kutoa kolmiulotteiseksi tukirakenteeksi, ja sitä on mahdollista käyttää apuna korvattaessa luupuutoksia kudosteknologian keinoin
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Dufour, Clément. "Conception et optimisation des structures tissées interlock pour optimisation de la mise en forme 3D de renforts fibreux de matériaux composites". Thesis, Lille 1, 2016. http://www.theses.fr/2016LIL10052/document.
Streszczenie:
Les travaux présentés dans ce manuscrit sont issus de la collaboration entre les partenaires du projet MAPICC3D intitulé : "One-shot Manufacturing on large scale of 3D up graded panels and stiffeners for lightweight thermoplastic textile composite structures". MAPICC3D est un projet de recherches financé par le programme Européen de recherche et d’innovation "FP7". L’objectif du programme de recherches MAPICC3D est de développer des matériaux et procédés permettant de produire des pièces composites thermoplastiques en réduisant les coûts de fabrication jusqu’à 25% par rapport à l’état de l’art et en augmentant les cadences de fabrication jusqu’à 30%. Dans le cadre du projet MAPICC3D, les travaux présentés dans ce manuscrit ont pour objectif de mieux comprendre le comportement des tissus 3D interlocks chaines lors des étapes de mise en forme et de consolidation de pièces en matériaux composites renforcés de structures tissées 3D interlock chaine. La compréhension des phénomènes rencontrés lors de ces étapes permet ensuite d’optimiser les structures au niveau local et global dans le but de répondre aux différentes problématiques de mise en forme rencontrées, permettant ainsi des améliorations de la qualité des pièces composites finales développées pour les applications AUTO-MAPICC, TRUCK-MAPICC, RAIL-MAPICC et AERO-MAPICC, et donc de leur tenue mécaniqueThe work presented in this manuscript results from collaboration between the partners of project MAPICC3D entitled: "One-shot Manufacturing on large scale of 3D up graded panels and stiffeners for lightweight thermoplastic textile composite structures". MAPICC3D is a research project financed by the European research and innovation program "FP7". The objective of the project MAPICC3D is to develop materials and processes making it possible to produce thermoplastic composite parts by reducing the manufacturing costs up to 25% compared to the state of the art and by increasing the production rates up to 30%. In the framework of the project MAPICC3D, the work presented in this manuscript aim to better understand the behaviour of 3D warp interlock fabrics to forming and consolidation processes of fibre-reinforced composite material parts made of 3D warp interlock structures. The comprehension of the phenomena met at these steps then makes it possible to optimize the structures at the local and global level with an aim of answering the various problems of forming met, thus allowing improvements of the quality of the final composite parts developed for AUTO-MAPICC, TRUCK-MAPICC, RAIL-MAPICC and AERO-MAPICC applications, and thus of their mechanical behaviour
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Urs, Radu Dragos. "Non-parametric synthesis of volumetric textures from a 2D sample". Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00821886.
Streszczenie:
This thesis deals with the synthesis of anisotropic volumetric textures from a single 2D observation. We present variants of non parametric and multi-scale algorithms. Their main specificity lies in the fact that the 3D synthesis process relies on the sampling of a single 2D input sample, ensuring consistency in the different views of the 3D texture. Two types of approaches are investigated, both multi-scale and based on markovian hypothesis. The first category brings together a set of algorithms based on fixed-neighbourhood search, adapted from existing algorithms of texture synthesis from multiple 2D sources. The principle is that, starting from a random initialisation, the 3D texture is modified, voxel by voxel, in a deterministic manner, ensuring that the grey level local configurations on orthogonal slices containing the voxel are similar to configurations of the input image. The second category points out an original probabilistic approach which aims at reproducing in the textured volume the interactions between pixels learned in the input image. The learning is done by non-parametric Parzen windowing. Optimization is handled voxel by voxel by a deterministic ICM type algorithm. Several variants are proposed regarding the strategies used for the simultaneous handling of the orthogonal slices containing the voxel. These synthesis methods are first implemented on a set of structured textures of varied regularity and anisotropy. A comparative study and a sensitivity analysis are carried out, highlighting the strengths and the weaknesses of the different algorithms. Finally, they are applied to the simulation of volumetric textures of carbon composite materials, on nanometric scale snapshots obtained by transmission electron microscopy. The proposed experimental benchmark allows to evaluate quantitatively and objectively the performances of the different methods.
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Rocher, Jean-Emile. "Caractérisation expérimentale et modélisation à l’échelle mésoscopique du comportement de tissus 3D de mèches comélées". Thesis, Orléans, 2014. http://www.theses.fr/2014ORLE2035/document.
Streszczenie:
Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet européen 3D-LightTrans ayant pour objectifs la fabrication à grande à échelle et à bas coût de pièces composites. Pour parvenir à ces objectifs, des semi-produits sous forme de tissus 3D de mèches comélées ont été réalisés. Le but de ces travaux est de caractériser le comportement mécanique de ces tissus en vue d’analyser leur formabilité et d’être en mesure de prédire leur comportement pendant les processus de mise en forme utilisés lors de la fabrication des pièces composites. Le premier objectif de ces travaux était de caractériser expérimentalement le comportement mécanique des tissus 3D. Après avoir effectué un état de l’art ayant permis de définir les types et paramètres d’essais à utiliser pour la caractérisation du comportement des tissus, l’analyse des résultats de ces différents essais a permis de mettre en évidence les spécificités du comportement des tissus 3D. Le deuxième objectif des travaux était de modéliser le comportement des tissus par une approche numérique. Le choix s’étant porté sur une approche à l’échelle mésoscopique, le comportement mécanique des mèches comélées a été caractérisé expérimentalement. Les limitations du logiciel GeoFab quant à son utilisation pour la génération de modèles CAO de mailles élémentaires de tissus 3D ont été identifiées. Des améliorations permettant de répondre à ces limitations ont été proposées et leur faisabilité démontrée. Un modèle CAO d’une sous partie de la maille élémentaire d’un des tissus a alors été généré. Après avoir modélisé le comportement des mèches comélées en se basant sur les résultats de leur caractérisation expérimentale, des premières simulations éléments finis ayant permis d’obtenir des résultats encourageants ont été réalisésThis thesis is part of the European project 3D-LightTrans whose objectives are the large scale and low-cost manufacturing of composite parts. To achieve these goals, semi-finished products in the form of 3D fabrics of commingled yarns were produced. The purpose of this work is to characterize the mechanical behavior of these fabrics in order to investigate their formability and be able to predict their behavior during the forming processes used for the manufacturing of composite parts. The first objective of the work was to characterize experimentally the 3D fabrics mechanical behavior. A state of the art was realized in order to define the types and test parameters to use. The analysis of these test results allowed to highlight the specific 3D fabrics mechanical behaviour. The second objective of the work was to model the fabrics behavior using a numerical method. A mesoscopic scale approach having been selected, experimental characterization of the commingled yarns mechanical behavior was necessary. Then, GeoFab software limitations on its use for the generation of CAD models of 3D fabrics unit cells were identified. Improvements to address these limitations have been proposed and their feasibility was demonstrated. A CAD model of a sub part of one of the fabrics unit cell was then generated. After having modeled the commingled yarns behaviour using experimental results, finite element simulations were performed on fabric CAD model and first encouraging results were obtained