Simulation et expérimentation en mise en forme de renforts composites 3D interlocks

= Simulation and experiment in 3D interlock composite fabric forming

• Auteur / Autrice : Emmanuel De Luycker
• Direction : Philippe Boisse
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LaMCoS - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures (Lyon, INSA2007-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux -- Propriétés mécaniques

Composites

Matériaux

Fibres textiles

Éléments finis, Méthode des

Résumé

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 principalement leur usage 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 réacteurs d'avions. De plus, le procédé R. T. M. Utilisé dans ce cas permet de produire à moindre coût des pièces de géométries complexes. 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. 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 des interlocks 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 de renforts interlocks 3D validées par l'expérience.

According to there high stiffness/mass ratio, composites materials are more and more present in industrial products especially in aeronautics. But their sensitivity to delamination made them suitable only for non structural parts. Interlock fabrics have then been developed in order to balance this mater and increase composite materials applications. Because of their weaving through the thickness, interlocks materials are much more damage tolerant than classical composites which allows applications like airplane engine fan blades. Moreover, R. T. M. Process used in that case decrease complicated shapes parts fabrication costs. In this context, it's crucial to control final part properties in both dynamic and damage behaviours. Because material properties are highly influenced by yarns orientations, forming simulation of 3D fabrics are of top interest. In this research work, we introduce a Lagrangian finite element, semi-discreet able to simulate forming of interlock fabrics. The whole behaviour is split in two parts: tension in yarns taken into account by a discreet model and the others contributions by a continuous model. The other chapter of this work deal with mechanical characterisation of those materials in traction, compression and shearing. The results allow then to identify the model. The element, implemented and validated in an explicit dynamic code developed at LaMCoS allows forming process simulations validated with experiment.