Evaluation des performances dissipatives des composites non-tissés à fibres végétales pour des applications « automobile » : analyses expérimentale et numérique

Evaluation of the dissipative performance of nonwoven natural fibre-reinforced composites for «automotive» applications : experimental and numerical analyses

• Auteur / Autrice : Hajer Hadiji
• Direction : Rezak Ayad, Mustapha Assarar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, mécanique, structures
• Date : Soutenance le 17/12/2020
• Etablissement(s) : Reims en cotutelle avec École nationale d'ingénieurs de Sfax (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences du Numérique et de l’Ingénieur (Reims, Marne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Thermique, Mécanique, Matériaux
• Jury : Président / Présidente : Emmanuelle Rouhaud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Rezak Ayad, Mustapha Assarar, Gildas L'Hostis, Yamen Maalej, Anas Bouguecha, Bassem Zouari, Wajdi Zouari
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gildas L'Hostis, Yamen Maalej

Mots clés

Mots clés contrôlés

Propriétés mécaniques

Fibres végétales

Éco-matériaux

Produits biosourcés

Mots clés libres

Porosité

Éléments finis

Amortissement

Composites biosourcés

Non-Tissé

Damping

Bio based composites

Finite element

Porosity

Nonwoven

Résumé

Cette thèse porte sur l’analyse expérimentale et numérique du comportement mécanique et vibratoire des composites non-tissés à fibres végétales. Nous déterminons tout d’abord les propriétés élastiques des matériaux composites non-tissés à différents types de fibres de renfort, à l’aide d’essais de traction statique. Les résultats correspondants mettent en exergue le caractère compétitif des composites à fibres végétales en comparaison des composites à fibres synthétiques, en combinant la rigidité avec la densité réduite. Nous analysons par la suite les propriétés dissipatives via une analyse modale expérimentale. Cette analyse a mis en avant l’importance du pouvoir dissipatif et de l’amortissement d’un composite non-tissé. Nous présentons ensuite étude paramétrique sur un composite non-tissé renforcé par des fibres de lin, en faisant varier le taux de porosité et/ou la fraction volumique des fibres. Les résultats obtenus montrent que ces paramètres jouent un rôle majeur dans la dissipation de l’’énergie et que la porosité favorise l’absorption des vibrations au sein du composite. Enfin, nous proposons une modélisation numérique, 2D et 2.5D, par éléments finis, qui tient compte des caractéristiques géométriques des fibres, telles que la forme, la longueur et l’orientation, ainsi que l’aspect aléatoire des porosités. Les deux modèles numériques proposés respectent bien les pourcentages de fraction volumique et de la porosité. En se basant sur les résultats expérimentaux, nous pouvons affirmer que cette analyse numérique permet d’estimer, à l’aide d’une démarche inverse, le module d’Young des fibres de renfort grâce au modèle 2D, et leurs propriétés d’amortissement, via le modèle 2.5D.

This thesis deals with the experimental and numerical analysis of the mechanical and damping behaviour of non-woven composites reinforced with natural fibres. Firstly, the elastic properties of the nonwoven composites reinforced with different types of fibres are determined by means of static tensile tests. The corresponding results highlight the competitiveness of natural fibres compared to those reinforced with synthetic fibres, by combining rigidity with reduced density. Then, we investigate the damping properties through free flexural vibration tests. This analyse highlights the importance of the high damping capability of a non-woven composite. Secondly, we carried out a parametric study on a non-woven composite reinforced with flax fibres, varying the porosity content or the fibre volume fraction. The obtained results showed that these two parameters have a major influence on the absorption of vibrations and that porosity promotes the energy dissipation within the composite. Finally, we propose a 2D and 2.5D finite element models, that takes into account the geometrical characteristics of the fibres, such as their form, length and orientation as well as the random aspect of the porosities. Both proposed numerical models respect well the fibre volume fraction and the porosity content. Based on the experimental results, we can assert that this numerical analysis can estimate, using an inverse approach, the Young's modulus of the fibres thanks to the 2D model and their damping properties, via the 2.5D model.