Usure des fils dans le procédé de tissage 3D : caractérisation tribologique et optique, détermination des phénomènes critiques in-situ et prédiction de leur dégradation

Yarn wear in the 3D weaving process : tribological and optical characterization, determination of in-situ critical phenomena and prediction of their degradation

• Auteur / Autrice : Julie Walther
• Direction : Marie-Ange Bueno, Michel Tourlonias
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 03/01/2023
• Etablissement(s) : Mulhouse
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de physique et mécanique textiles (Mulhouse) - Laboratoire de Physique et Mécanique Textiles - LPMT - UR4365 / LPMT

Mots clés

Mots clés contrôlés

Usure (mécanique)

Détérioration

Tissage

Propriétés mécaniques

Composites à fibres

Composites 3D

Mots clés libres

Fil de carbone

Tissage 3D

Usure

Frottement

Dégradation

Tribologie

Caractérisation

Croisements

Carbon wire

3D weaving

Wear

Friction

Degradation

Tribology

Characterization

Crosses

Résumé

Les matériaux composites à renforts tissés 3D sont utilisés dans de multiples applications dont l’aéronautique, le spatial ou l’automobile. Le tissage de ces renforts, surtout si les exigences en termes de propriétés mécaniques finales sont élevées, est particulièrement délicat ; la productivité est donc trop souvent peu satisfaisante. En effet, l’endommagement des filaments est souvent pénalisant surtout car il peut être à l’origine d’une réaction en chaîne pouvant entraîner l’arrêt du métier à tisser. Ces difficultés proviennent d’une grande densité en nombre de fils de chaîne ou encore d’importantes courbures subies par les fils lors du tissage, les fils utilisés étant généralement fragiles mécaniquement car constitués de fibres de carbone.L’objectif des présents travaux est d’améliorer la compréhension du processus de dégradation des fils de chaîne lors du procédé de tissage en faisant le lien entre des expérimentations in-situ sur métier à tisser et des expérimentations de laboratoire ex-situ sur un tribomètre développé spécifiquement et permettant d’isoler des phénomènes spécifiques. Au final un outil de prédiction des endommagements des fils de chaîne lors du tissage est proposé à partir d’indices d’endommagement à l’échelle du croisement, de chaque fil de chaîne ou de l’armure. Cet outil est complété et validé à partir de résultats expérimentaux obtenus soit préalablement, soit dans le cadre de ce travail.

Composite materials with 3D woven reinforcements are used in multiple applications including aeronautics, space or automotive. The weaving of these reinforcements, especially if the requirements in terms of final mechanical properties are high, is particularly complicated; productivity is therefore too often still unsatisfactory. Indeed, the damage of the filaments is often penalising especially because it can be at the origin of a chain reaction, which can stop the loom. These difficulties come from a high density in the number of warp yarns or even from significant curvatures undergone by the yarns during weaving (the used yarns are generally mechanically fragile because they are made of carbon fibres).The objective of this work is to improve understanding of the degradation process of warp yarns during the weaving process by making the link between in-situ experiments on a loom and ex-situ laboratory experiments on a tribometer specifically developed and allowing the isolation of specific phenomena.In the end, a tool for predicting warp yarn damage during weaving is proposed based on damage indices at the level of the crossing, of each warp yarn or of the weaving pattern. This tool is completed and validated based on experimental results obtained either beforehand or within the framework of this work.