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

Contribution to the study of braiding conditions on high performances textile reinforcement : application to stiffness characteristics prediction for 2D and 3D composites shells

• Auteur / Autrice : Guillaume Guyader
• Direction : Patrice Hamelin, Aron Gabor
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie civil
• Date : Soutenance le 13/12/2012
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LGCIE - Laboratoire de Génie Civil et d' Ingénierie Environnementale, EA 4126 (Villeurbanne, Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Emmanuel Ferrier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrice Hamelin, Aron Gabor, Alain Cavet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : David Bigaud, Shahram Aivazzadeh

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composites tissés

Tresses (tissage)

Mots clés libres

Tressage

Composites

Comportement multi-axial

Modélisation composite

Volume élémentaire représentatif

Rigidités élastiques

Anisotropie

Braiding

Composite

Stiffness characteristics

Anisotropy

Résumé

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 individuels

In 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