Modélisation des architectures à renforcement tridimensionnel dans les structures composites

par Manh Hung Ha

Thèse de doctorat en Mécanique Avancée

Sous la direction de Alain Rassineux et de Ludovic Cauvin.

Soutenue le 19-12-2013

à Compiègne , dans le cadre de École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne) , en partenariat avec Unité de recherche en mécanique acoustique et matériaux / Laboratoire Roberval (laboratoire) .


  • Résumé

    Ces travaux se placent dans le cadre de l'étude des propriétés mécaniques des architectures à renforcement tridimensionnel dans les structures composites. Nous proposons une approche permettant de caractériser les propriétés mécaniques de structures composites Interlock et en particulier de résoudre les problèmes liés à la création de ces géométries complexes et leur discrétisation.Une des difficultés des approches méso-macro réside dans la manière de reproduire de façon fidèle la géométrie de ces architectures aux formes très complexes et d'obtenir en particulier un Volume Elémentaire Représentatif (VER) duquel on peut déduire par calcul éléments finis les propriétés mécaniques par homogénéisation. Cette pluralité des formes engendre des difficultés de mise en œuvre essentiellement géométriques et des difficultés de maillage bien connues : interpénétration et contact des mèches, maillage de fines couches de résines aux interfaces, détermination en tout point de l'orientation des fibres. Nous proposons une approche qui consiste à créer un modèle géométrique des mèches limitant ou contrôlant les intersections et les contacts, à définir un VER périodique et à mailler ce VER en tétraèdres avec des maillages conformes aux interfaces. Une fois le modèle maillé obtenu et les conditions de périodicités définies, les propriétés mécaniques effectives sont obtenues par homogénéisation. Les calculs par éléments finis sont réalisés avec le logiciel ABAQUS. Les tissages complexes ont été traités automatiquement avec cette technique. Les résultats sont confrontés à ceux d’autres modélisations, issus de la littérature et de l’expérience.

  • Titre traduit

    Architectures modeling for three-dimensional reinforcement in the composites structures


  • Résumé

    The work proposed here is devoted to the prediction and the characterization of the mechanical behavior of interlock woven composite structures. We propose an approach to characterize the mechanical properties of interlock woven composite structures and particularly to solve the problems associated with the creation of these complex geometries and their discretization into a conform mesh. One of the difficulties of this meso-macro approach is to reproduce faithfully the geometry of these architectures with complex shapes and to obtain a Representative Volume Element (RVE). Once this complex step is achieved, the mechanical properties of the composite can be thereafter obtained by homogenization from a finite element analysis. The difficulties to generate a RVE of such structures are well known: interpenetration and contacts between yarns, meshing of thin resin layers at interfaces, determination of the orientation of the fibers at all points of the structure. We propose an approach which consists of creating a geometric model of the yarns limiting or controlling the intersections and the contacts, defining a periodic RVE, meshing this RVE by tetrahedral with compatible meshes at the interfaces. Once the model is meshed and the symmetry conditions are defined, the properties are obtained by homogenization. The finite element calculations are performed on the ABAQUS software. Complex weaves can be automatically processed with this technique. The results are compared whit other modeling from the literature and with experimental data.


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