Approche mésoscopique pour la mise en forme des renforts tissés de composites

= Mesoscopic approach for the forming of composite woven reinforcements

• Auteur / Autrice : Sébastien Gatouillat
• Direction : Philippe Boisse, Emmanuelle Vidal-Sallé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LaMCoS - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures (Lyon, INSA2007-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes mésoscopiques

Modèles mathématiques

Simulation par ordinateur

Déformations (mécanique)

Matières plastiques, Travail des

Matières plastiques renforcées

Résumé

La simulation de la mise en forme des renforts tissés permet d'étudier les conditions de faisabilité d'une telle opération en limitant les essais expérimentaux et donc les coûts de développement. La simulation permet d'accéder à des informations telles que la position des fibres après formage et leur état de déformation ainsi que de prédire l'apparition de défauts (plissements, détissages, rupture de fibres/mèches). La définition du comportement mécanique des tissus, nécessaire à ces simulations, peut se faire à différentes échelles. Seuls les modèles définis à l'échelle macroscopique permettent à l'heure actuelle d'effectuer ce type de simulations. Les modèles aux échelles inférieures permettent alors de définir le comportement macroscopique d'un renfort à partir de l'assemblage de ses constituants élémentaires. Le passage méso/macro (ou micro/macro) s'accompagne dans ce cas d'une perte d'information liée au passage d'une description discrète à une description continue. Le modèle que nous proposons consiste en une description à l'échelle mésoscopique des renforts permettant la simulation de pièces à l'échelle macroscopique. Cela est rendu possible par une simplification de la description mésoscopique grâce l'utilisation d'éléments de coques. Un modèle de comportement hypoélastique spécifique à la mèche est alors considéré. En particulier, la direction des fibres est strictement suivie et un comportement élastique non linéaire permettant de prendre en compte la compaction transverse est défini. L'identification et la validation du modèle sont effectuées grâce aux essais usuels de caractérisation des renforts. Outre le fait de décrire correctement le comportement en cisaillement des tissus, le modèle permet de prédire les plissements et les détissages de mèches. Des simulations de mise en forme illustrent ces capacités

Woven reinforcements forming simulation allows studying feasibility conditions of such processes limiting experimental tests and therefore development costs. Simulation allows accessing to information such as fibre positions after forming and their deformation state as well as predicting the onset of defects (wrinkles, yarns sliding, fibre/yarn fracture). The definition of the fabric mechanical behaviour necessary for these simulations can be done at different scales. Today only the macroscopic scale allows simulations of forming processes. Models at lower scales then allow to define the macroscopic behaviour of reinforcement from the assembly of their elementary components. The meso/macro (or micro/macro) transition is accompanied by an information loss due to the transition from a discrete description to a continuous one. The proposed model consist in a mesoscopic description of the reinforcement allowing the simulation of forming processes at the macroscopic scale. This is possible thanks to a simplification of the description by using shell elements. A hypoelastic behaviour specific of the yarn is then considered. In particular, fibre direction is strictly tracked and a non linear elastic behaviour is defined, allowing the consideration of the transverse compaction of the yarn. Identification and validation of the model are done using classical characterisation tests. In addition to a good description of the shearing behaviour of fabrics, the model allows the prediction of wrinkles and yarns sliding. Forming simulations illustrate these capabilities