Geometrical modelling and characterization of 3D warp interlock composites and their on-line structural health monitoring using flexible textile sensors

par Saad Nauman

Thèse de doctorat en Sciences des matériaux

Sous la direction de Vladan Konč̆ar, François Boussu et de Irina Cristian.

Soutenue le 24-03-2011

à Lille 1 , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Lille) .

  • Titre traduit

    Modélisation géométrique et caractérisation des composites renforcés avec des tissu 3D interlock-mesure in-situ par des capteurs textiles


  • Résumé

    Ce mémoire de thèse de doctorat est structuré en deux parties. Dans la 1ère partie, une nouvelle approche traitant la caractérisation géométrique et mécanique est décrite. La modélisation géométrique de tissu 3D interlock est corrélée avec les paramètres de tissage afin de mieux prendre en compte ces paramètres. Le tissage de tissu 3D interlock est décrit en détail. Par la suite, une étude a été menée pour mieux comprendre les changements qui se produisent dans une mèche de carbone lorsque cette dernière est intégrée dans un renfort. Un coefficient de transfert des propriétés mécaniques a été proposé permettant une meilleure compréhension de l’influence des paramètres structuraux sur les propriétés d’un composite. Dans la 2eme partie du mémoire, un système de mesure in situ pour les composites a été développé. Ce système comporte un capteur souple et un module de traitement de données et d’amplification des signaux. Le capteur fibreux développé durant nos recherches a été inséré pendant le tissage comme un fil de trame. Le système a été testé sur une plaque en composite, contenant les renforts en 3D interlock, en traction. Le capteur suit fidèlement les déformations de la plaque composite jusqu’à la rupture.


  • Résumé

    This thesis is divided in two parts. In the first part a geometrical modelling approach has been developed in tandem with weaving parameters. The reinforcements were woven on a modified conventional loom to study the geometry of these structures. Their weaving has been described in detail. The weaving parameters have been correlated to the modelling approach. The meso structural modelling approach is capable of predicting essential reinforcement geometrical characteristics at meso structural level without being too complicated. Furthermore, mechanical characterization of 3D interlock reinforcements has been carried out in such a way that a track of mechanical properties during the complete production cycle has been maintained. A novel parameter called strength transfer coefficient was proposed which allows better understanding of the influence of structural parameters on the final properties of the composite. In the second part of the thesis an online structural health monitoring system which is composed of a textile based sensor and signal amplification and treatment module, has been developed. This system is capable of detecting structural deformations in the composite as the sensor is integrated during the manufacturing of the reinforcement and can follow its deformation pattern when composite is subjected to tensile loading in a real time.


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