Modélisation et simulation numérique à l’échelle des fibres du comportement dynamique d’un multifilament unidirectionnel en placement de fibres robotisé

par Khalid El Azzouzi

Thèse de doctorat en Génie mécanique

Sous la direction de Christophe Binétruy.


  • Résumé

    Le comportement mécanique d’un fil de carbone en compression transverse est caractérisé par des déplacements relatifs importants entre fibres, ce qui lui confère un comportement fortement non-linéaire lié aux contacts inter-fibres. Le caractère multi-échelle de la structure fibreuse rend problématique la caractérisation du comportement mécanique du fil de carbone utilisé dans le procédé de placement de fibres sèches automatisé. La complexité de la modélisation mécanique de ce milieu fibreux à l’échelle des fibres est due au fait que la forte non-linéarité mécanique dépend en grande partie de la configuration géométrique des fibres, des interactions de contact-frottement entre elles et le contexte dynamique de la dépose. Le couplage fort entre chargements et modes de déformation dans les différentes directions et l’évolution de la microstructure, qu’il est bien difficile d’appréhender, accentuent fortement la complexité de la modélisation d’une telle structure fibreuse. Le travail de la thèse s’inscrit dans le cadre de l’optimisation du moyen de dépose robotisé de fils secs avec une source de chaleur par laser. Afin de comprendre le comportement thermo-mécanique du fil au cours de la dépose, un modèle dynamique a été développé pour simuler un milieu fibreux en interaction. Le but est de pouvoir prédire le réarrangement des fibres dans un fil sous sollicitation, ainsi que l’évolution des points de contact entre fibres. Ce travail est une première étape vers l’objectif final qui est de définir les paramètres procédés par rapport à la nature des fils secs déposés permettant d’obtenir une préforme de bonne qualité avec une vitesse de dépose élevée.

  • Titre traduit

    Modeling and numerical simulation at fiber scale of the dynamic behavior of unidirectional tow during robotized fiber placement


  • Résumé

    The mechanical behavior of the carbon tow in lateral pressure characterized by the relative movement between fibers giving it a non-linear behavior because of the contact inter-fibers. The fact that the fibrous structure of the tow makes it difficult to characterize its mechanical behavior during the automated placement. The complexity of the mechanical modeling of this fibrous media at fiber scale is due to the fact that the mechanical non-linearity depends in large part to the geometric configuration of fibers, the friction between fibers and also the dynamic environment of the placement. The mechanical modeling complexity is a consequence of the tight coupling between loading and deformation directions modifying the microstructure. This thesis is in keeping with the parameter optimization of the Automated Dry Fiber Placement process with a laser heat source. In order to improve understanding the thermos-mechanical behavior of tow during placement, a dynamic model has been developed to simulate the interaction between fibers. The aim is to be able to predict the geometric configuration of fibers under loading, as well as the position of the contact points. These works are the first step to achieving the objective of identifying and optimizing process parameters in order to increase the lay down speed as well as the quality of the preform.


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