Processus de conception 3D de vêtements pour femmes appliqués en corsetterie et protection balistique à l'aide de tissus 3D Warp Interlock

3D design process of clothing for women applied in corsetry and ballistic protection using 3D Warp Interlock fabrics

• Auteur / Autrice : Mulat Alubel Abtew
• Direction : Pascal Bruniaux, Maria-Carmen Loghin, Yan Chen, François Boussu, Irina Cristian, Lichuan Wang
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, productique
• Date : Soutenance le 29/06/2020
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021) en cotutelle avec Soochow University (Suzhou, China), Universitatea tehnică ''Gheorghe Asachi'' (Iaşi, Roumanie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille ; 1992-2021)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GEMTEX (Roubaix)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Balistique

Essais

Impact

Modélisation tridimensionnelle

Conception assistée par ordinateur

Gilets pare-balles

Mensurations

Vêtements de femme

Mots clés libres

Tissu 3D interlock

Para-aramides

3D designing

Résumé

Au cours des dernières décennies, le nombre de femmes engagées dans des tâches périlleuses dans l'armée, la police et les domaines connexes a augmenté. Elles portent toujours un gilet pare-balles conçu pour une morphologie masculine, qui a rencontré des dangers potentiels en distribuant une mauvaise protection balistique, moins adaptée à leur morphologie féminine, et donc inconfortable. Des efforts importants ont été faits pour améliorer les performances globales de ces gilets pare-balles en termes de matériaux, d'architecture de tissu et de conception de vêtements. Cependant, la conception de gilets souples qui s'adaptent à la morphologie de tout le personnel féminin pour une meilleure protection balistique et un meilleur confort semble très demandée. Dans cette thèse, une nouvelle technique de conception numérique 3D associée à des structures de tissu adaptées à une licence pour développer un gilet pare-balles adapté à la morphologie féminine. Dans le processus de conception, diverses approches ont été utilisées pour développer le modèle requis pour les gilets pare-balles sans coutures à devant souple pour les femmes. Les premières étapes ont été de développer un modèle de buste adaptatif à partir d'un mannequin de mode scanné (ayant une taille de capuche 90B) en utilisant un processus de conception 3D. Le buste adaptatif a été développé pour faciliter la création de modèles de soutien-gorge 3D ajustés pour différents volumes de buste et pour la même taille. Par la suite, un buste féminin avec des bonnets adaptatifs a été associé à la partie avant du buste du mannequin précédent afin de développer un motif de base 2D pour les premières couches du gilet pare-balles flexible en utilisant une approche d'ingénierie inverse. Comme le gilet a plusieurs couches, les autres couches ont été générés automatiquement à partir du premier motif grâce à un processus de configuration basé sur l'épaisseur de chaque couche.De plus, en raison de son excellente capacité à se déformer, les tissus de chaîne interlock 3D à base de fils para-aramide ont été conçus et fabriqués pour s'adapter à la morphologie féminine grâce à un processus de mise en forme 3D. De plus, des solutions de protection basées sur des multicouches de tissu 2D et différentes structures de tissu de chaîne de verrouillage 3D ont été caractérisées par divers tests mécaniques et testées avec un impact balistique au niveau IIIA de la norme NIJ 0101.06. Sur la base de ces résultats, les solutions de protection basées sur des tissus 2D multicouches ont absorbé plus d'énergie d'impact que les premières solutions de tissu de chaîne O-L 3D interlock basées sur des fils para-aramide. Une nouvelle approche de la conception et de la fabrication des tissus de chaîne interlock 3D a ensuite été initiée pour réorganiser en interne les différentes relations entre les fils de chaîne utilisés au sein de la structure. Ces nouveaux tests d'impact effectués sur un tissu de chaîne interlock 3D, ayant une proportion de 66,7% de fils de chaîne de liaison et 33,3% de fils de chaîne de renforcement, ont révélé des valeurs de traumatisme mesurées en plastiline et une capacité d'absorption d'énergie plus élevée avec un minimum nombre de pénétrations de couches par rapport à la solution de protection multicouche de tissu 2D. La capacité de mise en forme des tissus de la chaîne de verrouillage 3D par un poinçon hémisphérique est fortement influencée par les relations de permutation entre les fils de la chaîne de liaison et de renforcement. En conclusion, au terme de ces différents travaux de recherche, une structure de tissu de chaîne interlock 3D a été optimisée pour s'adapter à la fois aux contours féminins et pour avoir de meilleures performances à l'impact balistique que la solution basée sur des tissus multicouches 2D.

The number of women participation in different perilous tasks including law enforcement and related fields shows an increment. However, they are still forced to wear either small-sized man’s body armour or traditionally designed women-based armour system during fieldwork. This ultimately puts them in danger by bringing poor ballistic impact protection, bad fitness as well as less comfort. This thesis proposed a novel 3D designing (CAD) technique for generating patterns for seamless women body armour. Besides, an appropriate textile (3D woven) fabric structures were engineered and optimised to accommodate the design for better performances. In the design process, various approaches have been utilised to develop the required pattern systems for women's seamless frontal soft body armour. The first steps devised new techniques to model the adaptive bust on a 3D virtual mannequin (having 90B cup size) using the 3D design process. Later, an adaptive bust cup was associated with other frontal parts of 3D women virtual mannequin to develop a 2D block pattern for first layers of women seamless soft body armour panel using reverse engineering approach. Even though such approach supports to attain the required bust volume through dart eliminations, however, precise generations of pattern for each successive panel layer were very important. Thus, a systematic 3D design approach through parametrisation process based on each layer's thickness was applied to generate block patterns for each successive armour panel’s layer. Experimental work revealed that such a 3D design approach and its manufacturing system were found precise to generate the different multi-layer panel’s pattern for developing seamless women's soft body armour. Besides, due to its excellent moulding ability, 3D warp interlock p-aramid fabrics based on various parameters including warp yarn interchange ratios were designed and manufactured to accommodate the proposed design through a dome-formation (moulding) process. The developed 3D warp interlock and its corresponding traditional 2D plain weave p-aramid fabric were characterised against mechanical behaviour and ballistic impact performance (NIJ-standard Level IIIA).The result shows that Based on the result, 3D warp interlock fabrics made with equal or a higher interchange ratio of binding: stuffer warp yarn inside the 3D fabric, i.e. 66.7% binding and 33.3% stuffer warp yarns revealed much lower back face signature values and higher energy absorbing capability with minimum number panels layer penetrations compared with its corresponding 2D plain weave and other 3D warp interlock fabric variants. The moulding behaviour and its recovery values of the 3D warp interlock fabrics toward hemispherical punching were also greatly affected by the binding-stuffer warp yarns interchange ratio inside the 3D warp interlock fabric variants. A perform with an optimised proportions of stuffer and binding warp yarns ratio revealed better drawing-in and in-plane shear values than other preforms. In conclusion, it was also possible to achieve the 3D warp interlock structure which could both accommodate the women's body contour with better ballistic impact performances compare to the conventional 2D plain woven fabrics.