Thèse soutenue

Evaluation de l'apport simultané des coutures sur la perméabilité des préformes cousues et sur les performances mécaniques des structures composites cousues

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Auteur / Autrice : Yang Song
Direction : Kamel KhellilAbdellatif Ouahsine
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Mécanique Avancée
Date : Soutenance le 22/12/2015
Etablissement(s) : Compiègne
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de recherche en mécanique acoustique et matériaux / Laboratoire Roberval

Résumé

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Les matériaux composites 3D obtenus par couture ou piquage transverses présentent de nombreux atouts comparativement aux tissages interlocks ou orthogonaux 3D. Dans le but d’évaluer le potentiel de cette nouvelle génération de matériaux 3D, certaines études ont été consacrées à leur caractérisation mécanique. D’autres études se sont focalisées sur l’influence de certains types de coutures sur la perméabilité de matériaux cousus de type NCF (Non Crimp Fabrics). Cette thèse se propose d’étudier l’apport des coutures de type Tufting dans le renforcement transverse de tissus classiques 2D. Cet apport est évalué, conjointement, du point de vue mécanique et du point de vue de la perméabilité. Parmi les nombreux paramètres de couture, l’étude s’est focalisée sur l’influence de la densité de couture. A ce titre, trois différentes densités de coutures ont été réalisées, grâce à un robot de couture disponible au sein de notre laboratoire. Du point de vue de la perméabilité, les préformes cousues ont été réalisées avec des empilements identiques à ceux des préformes non cousues. L’évaluation des perméabilités a été conduite à travers un banc de mesure de perméabilité à flux unidirectionnel. Avec cette méthode, le tenseur de perméabilité plane est obtenu à travers trois mesures unidirectionnelles : 0° (chaine), 90° (trame) et 45°. L’analyse des résultats montre que la couture de type Tufting induit un effet atténuateur du rapport d’anisotropie K1/K2. D’autre part, il ressort que la position du fil de couture provoque des gradients de perméabilités locaux, très prononcés entre la surface et le cœur de la préforme. Pour les besoins de la caractérisation mécanique, six plaques composites ont été réalisées par le procédé RTM. Pour atteindre les caractéristiques mécaniques hors-plan, des plaques de 20 mm d’épaisseur, cousues et non cousues ont été réalisées. La CIN (Corrélation d’Image Numérique) a été utilisée pour cartographier les distributions des champs de déplacement lors des essais mécaniques (traction, compression sur cube et flexion en poutre courte), ceci afin de tenir compte de la présence des coutures au sein des matériaux. Les performances mécaniques évaluées se sont révélées bien en deçà des attentes, surtout en ce qui concerne les caractéristiques hors-plan. L’analyse micrographique des matériaux a révélé la présence de porosités concentrées au sein, ou dans le voisinage proche, des coutures. D’autre part, les coutures présentaient des courbures ou vrillages, provoquées par le compactage lors de la fermeture du moule RTM.En faisant le lien avec les résultats de perméabilité, il ressort que la présence des porosités au sein des coutures est une conséquence des gradients de perméabilité qui induisent des refermetures de flux d’imprégnation.