Développement et caractérisation des matériaux composites à fibres naturelles renforcés par le piquage incliné

Development and characterization of the natural fiber composites with advanced 3D off-axis angle tufted reinforcements

• Auteur / Autrice : Liting Yao
• Direction : Xavier Legrand, Peng Wang
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance le 12/05/2023
• Etablissement(s) : Centrale Lille Institut
• Ecole(s) doctorale(s) : École graduée Sciences de l’ingénierie et des systèmes (Lille ; 2021-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GEMTEX (Roubaix) - Génie des Matériaux Textiles - ULR 2461 / GEMTEX
• Jury : Président / Présidente : Chung Hae Park
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Xavier Legrand, Peng Wang, Olga Klinkova, Joël Bréard, Marco Montemurro
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olga Klinkova, Joël Bréard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cisaillement (mécanique)

Propriétés mécaniques

Composites 3D

Lin

Mots clés libres

Piquage incliné

Composite de fibres de lin

Mode I

Mode II

Ténacité interlaminaire

Inclined tufting

Flax fiber composite

Mode I

Mode II

Interlaminar toughness

Résumé

Ce travail de recherche présente un développement de la technologie du tufting hors axe et l'influence du tufting hors axe sur les propriétés mécaniques du composite stratifié en fibres naturelles. Le tissu sec utilisé pour l'empilage est un tissu tressé utilisant des fils de fibres de lin non tordus, et les préformes tuftées hors axe sont développées par une machine à tufter avec des fils de lin non tordus. Les composites stratifiés en fibres de lin sont préparés par le procédé d'infusion de résine liquide (LRI). La technique du tufting peut améliorer efficacement la résistance à la délamination et à l'impact des pièces composites finales.La ténacité interlaminaire de mode I des composites de fibres de lin avec des renforts tuftés à angle hors axe a été étudiée en mode I de tension ouverte. Les spécimens tuftés ont été groupés selon l'angle de tufting. L'effet d'amélioration de la structure de tufting d'angle incliné sur les propriétés mécaniques des composites de fibre de lin a été analysé par le test de la double poutre cantilever (test DCB). Un modèle analytique a été développé pour étudier l'influence de l'angle de tufting hors de l'axe sur la ténacité interlaminaire du Mode I. Sous une contrainte de cisaillement dans le plan en mode II, la ténacité interlaminaire en mode II des composites de fibres de lin avec des renforts tufting à angle hors axe a été étudiée par l'essai de flexion avec entaille en bout (essai ENF). L'analyse mécanique a été effectuée pour discuter des raisons pour lesquelles la structure de tufting d'angle incliné affecte la ténacité interlaminaire de Mode II du composite

This thesis presents a detailed analysis of the off-axis tufting technology realization and the effect of the off-axis tufting structure on the mechanical properties of natural fiber laminated composites. The dry fabric used for the lay-up is the braided fabric using untwisted flax fiber yarn, and the off-axis tufting structure is fabricated through a frame tufting machine with untwisted flax threads of the same material following a tufting spacing of 10 mm. The composite laminates are prepared by the liquid resin infusion (LRI) method, with the tufting technique that can effectively improve the delamination toughness and impact damage resistance of the natural fiber composites.The Mode I interlaminar toughness of the flax fiber composites with off- axis angle tufted reinforcements was studied under Mode I opening tension. The specimens were classified according to the tufting angle, and the enhancement effect of inclined angle tufting structure on the mechanical properties of flax fiber composite was analyzed by double cantilever beam test (DCB test). and a mechanical analysis model was also built to discuss the reasons for the influence of the off-axis tufting angle on the Mode I interlaminar toughness of the specimens. Under Mode II in-plane shearing stress, the Mode II interlaminar toughness of the flax fiber composites with off- axis angle tufted reinforcements was studied by the end-notched flexure test (ENF test), and the enhancement effect of off-axis angle tufting structure on the mechanical properties of flax fiber composites was analyzed. The mechanical analysis was carried out to discuss the reasons why the inclined angle tufting structure affects the Mode II interlaminar toughness of the specimens