Caractérisation et modélisation du domaine d'utilisation d'un matériau tissé en traction biaxiale

Characterization and modeling of the domain of use of woven fabrics in biaxial tensil

• Auteur / Autrice : Josselin Noel
• Direction : Mohamed Ali Tourabi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, mécanique, génie civil, électrochimie
• Date : Soutenance le 02/03/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Sols, solides, structures - risques (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Christian Geindreau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Lionel Léotoing, Hervé Laurent

Mots clés

Mots clés contrôlés

Contraintes (mécanique)

Déformations (mécanique)

Composites tissés

Mots clés libres

Matériaux tissés

Traction biaxiale

Limite d'usage

Déformation résiduelle

Comportement non linéaire

Critère mécanique anisotrope

Woven materials

Biaxiale Tensile

Limit of use

Résidual strain

Non linear behavior

Anisotropic mechanical criterion

Résumé

Le dimensionnement des structures réalisées en matériaux tissés est un enjeu majeur pour les concepteurs dans de nombreux domaines comme l’architecture, le sport ou la voilerie. De par leur nature, les structures souples en matériau tissé subissent des contraintes biaxiales et des histoires de chargement complexes. Ainsi, le dimensionnement et l’optimisation de la conception, ainsi que le choix d’un matériau adapté, requièrent une bonne connaissance du comportement mécanique et une analyse fine de ses propriétés. L’objectif essentiel est de définir un domaine et des limites d’utilisation du matériau, dans le cas biaxial.Dans ce contexte, le projet de thèse présente deux aspects importants : un aspect théorique et un aspect expérimental. Du point de vue théorique, il s’agit de fournir une définition rigoureuse d’une limite d’usage en contrainte pour un matériau tissé dans le cas uniaxial et d’étendre cette notion au cas biaxial. Ceci se traduit par la définition d’un critère biaxial anisotrope, qui tient compte de l’intensité du chargement dans le plan du tissu et qui correspond à un domaine de sécurité pour l’utilisation du matériau.Du point de vue expérimental et pour les besoins d’identification du critère, deux types d’essais sont développés et mis en œuvre : des essais de traction simple dans les axes et en hors axes, ainsi que des essais de traction biaxiale dans les axes. Ce travail a nécessité la mise au point et la mise en œuvre de systèmes de mesure par extensométrie optique et des modes de pilotage originaux, adaptés aux matériaux tissés.Ainsi, une méthode originale de caractérisation et de modélisation du domaine d’utilisation d’un matériau tissé est proposée à partir de l’étude du comportement d’un textile technique issu des références de Porcher Industries. Le résultat du travail de thèse permettra à l’avenir la mise en place d’une méthodologie industrielle opérationnelle pour le dimensionnement des structures en matériaux tissés, notamment dans le domaine des voiles, des parapentes et des applications de kites géants.La méthode de caractérisation et de modélisation du domaine d’utilisation d’un matériau tissé a été ensuite appliquée à quatre matériaux industriels qui présentent un caractère confidentiel.

The sizing of structures made of woven fabrics is a major issue for engineers in many fields such as architecture, sport or sail making. By their nature, flexible woven structures are subject to biaxial stresses and complex loading histories. Thus, the dimensioning and optimisation of the design, as well as the choice of a suitable material, require a good knowledge of the mechanical behaviour and an analysis of its properties. The main objective is to define a domain and limits for the use of the material, in the biaxial loading case.In this context, the thesis project has two important aspects: a theoretical one and an experimental one. For theory , the aim is to provide a rigorous definition of a stress use limit for a woven fabric, firstly for uniaxial loading case and secondly, extending this criterion to biaxial loading case. This results in the definition of an anisotropic biaxial criterion, which takes into account the loading intensity in the plane of the fabric and which corresponds to a domain for a safe use of the material.Experimentally, and to identify parameter of the criterion, two types of tests were developed and implemented: uniaxial tensile tests in the weave axes and off-axes, and biaxial tensile tests in the weave axes. This work required the development and implementation of optical strain measurement systems and original test control modes, adapted to the woven fabrics.Finally, an original method of characterisation and modelling of the safe use domain of woven fabrics is proposed from the study of the behaviour of a technical fabric, designed and produced by Porcher Industries. The result of the thesis work will allow the implementation of an operational methodology for the dimensioning of structures built in woven materials, particularly in the field of sails, paragliders and giant kite applications. The characterisation and modelling method was then applied to four industrial woven fabrics, which are confidential.