Etude expérimentale et modélisation de la perméabilité des renforts textiles tissés pour matériaux composites

Experimental Study and Modelling of Permeability of Engineering Textiles used in Composite Materials

• Auteur / Autrice : Mohamad Karaki
• Direction : Pascal Lafon, Rafic Younes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, Mécanique, Optique et Nanotechnologie
• Date : Soutenance le 14/12/2017
• Etablissement(s) : Troyes
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube)
• Partenaire(s) de recherche : Établissement d'enseignement supérieur d'ingénierie : Polytechnique Montréal
• Partenaire(s) de recherche : Établissement universitaire public : Université libanaise
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Delaunay / ICD
• Jury : Président / Présidente : Rezak Ayad
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Lafon, Rafic Younes, Rezak Ayad, Vincent Sobotka, Damien Soulat, Kamel Khellil, François Trochu
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vincent Sobotka, Damien Soulat

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Sciences -- Expériences

Mesure

Simulation par ordinateur

Composites

Perméabilité

Mots clés libres

Perméabilité

Composites

Textile et tissus

Simulation par ordinateur

Mesure

Sciences -- expériences

Modèles mathématiques

Permeability

Composite

Fibers bundles

Numerical simulation

Measurement

Science--Experiments

Mathematical models

Résumé

La maitrise des procédés d’injection pour l’obtention de pièces en matériau composite à base de nappes tissées nécessite une bonne estimation de la perméabilité des tissus. Cette perméabilité est difficile à établir avec une bonne précision aussi bien de manière expérimentale qu’à l’aide de modèles numériques. L’objectif de cette thèse était de proposer un modèle analytique simple à mettre en œuvre et à la fois représentatif de cette perméabilité. Une étude approfondie de la littérature montre que les modèles analytiques existants ne sont pas assez précis et sont difficiles à appliquer en pratique. De même de nombreux résultats expérimentaux ont été publiés mais ne sont pas toujours transposables et fiables pour pouvoir être utilisés dans des outils de simulation d’un procédé d’injection. Dans ce travail nous avons proposé un modèle analytique de la perméabilité simple et performant s’appuyant sur une description de l’écoulement aux échelles mésoscopiques (interstices entre les torons de fibres) et microscopiques (pores entre les fibres élémentaires). Ce modèle est validé par une campagne expérimentale utilisant un protocole simple et efficace. Cette validation est complétée par un modèle éléments finis développés dans COMSOL. La perméabilité de 11 tissus différents (matériaux différents et tissages différents) a été évaluée expérimentalement. Les valeurs obtenues expérimentalement et par le modèle analytique montrent un très bon accord entre ces résultats

The control of the injection processes for obtaining composite parts made using engineering textiles requires a good estimation of the permeability of these textiles. Permeability evaluation using both experimental and numerical methods faces difficulties. The objective of this thesis was to propose an analytical model that is simple to implement and representative of this permeability, taking into account the geometric diversity of different architectures. A thorough study of the literature shows that many analytical models exist and that many experimental results are available. Unfortunately, existing analytical models are not accurate enough, also they are difficult to be applied. Moreover, the experimental results are not always transposable and reliable to be used in simulation tools of the injection processes. In this work, we proposed an analytical model, simple and efficient, of the permeability based on a description of the flow at mesoscopic scales (interstices between fibers bundle) and microscopic scales (pores between elementary fibers). This model is validated by an experimental campaign using simple and efficient protocol. A numerical validation is also proposed, using a finite element model developed in COMSOL. The permeability of 11 different tissues (different materials and different weaves) was evaluated experimentally. The values obtained experimentally and by the analytical model show a very good agreement between these results