Caractérisation du comportement mécanique longitudinale d'un fil de para-aramide en sollicitation dynamique

Characterization of the longitudinal mechanical behavior of a para-aramid yarn in dynamic load

• Auteur / Autrice : Caroline Chevalier
• Direction : Daniel Coutellier, François Boussu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique. Énergétique, matériaux
• Date : Soutenance le 13/12/2016
• Etablissement(s) : Valenciennes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'automatique, de mécanique et d'informatique industrielles et humaines (Valenciennes, Nord ; 1994-...)
• Partenaire(s) de recherche : Communauté d'Universités et Etablissements (ComUE) : Communauté d'universités et d'établissements Lille Nord de France (2009-2013)
• Jury : Président / Présidente : Emmanuelle Vidal-Sallé
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniel Coutellier, François Boussu, Marie-Ange Bueno, Frédéric Lachaud, Elodie Barraud
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie-Ange Bueno, Frédéric Lachaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Balistique

Kevlar

Matériaux -- Essais dynamiques

Mots clés libres

Fil de para-Aramide

Caractérisation dynamique

Dispositif de traction par impact sur fil

Canon à gaz.

Para-Aramid yarn

Dynamic characterization

Tension impact test for yarn

Gas gun.

Résumé

Ce travail a pour objectif d’étudier le comportement mécanique d’un fil de para-aramide en sollicitation longitudinale et dynamique. Pour ce faire, nous avons conçu un nouveau dispositif expérimental permettant de réaliser ces essais à l’aide d’un canon à gaz : le Dispositif de Traction par Impact sur Fil (DTIF). Ce dispositif a subi de nombreuses modifications dans le but d’obtenir des conditions d’essais optimales. Celui-ci est associé à un dispositif de mesure par laser permettant d’obtenir le profil de vitesse du projectile ainsi que les courbes caractéristiques de Force-Déformation du fil testé. La validité de la mesure est confirmée par comparaison aux résultats obtenus avec un vélocimètre à effet Doppler, dispositif permettant de mesurer directement et de façon précise le profil de vitesse du projectile. Plusieurs campagnes d’essais sont réalisées, à la fois dans le but d’identifier les caractéristiques dynamiques d’un fil seul, et dans le but de caractériser l’influence de l’arrangement structural d’un tissu sur le comportement dynamique d’un fil. Cette étude révèle l’intervention de trois principaux paramètres structuraux, qui sont la surface de contact inter-fils totale, le nombre de points de liage et les pressions inter-fils transverses et latérales au sein du tissu, influant sur quatre principaux critères de rupture du fil, qui sont les défauts de structure et les phénomènes d’hystérésis au sein du filament, les concentrations de contraintes ainsi que les forces de frottement au niveau des interactions entre le fil testé et le reste de la structure tissée.

This work aims at studying the mechanical behavior of a para-aramid yarn in dynamic and longitudinal load. To that end, we designed a new experimental device to achieve these tests with the use of a gas gun: the Tensile Impact Test for Yarn (TITY). This device met numerous modifications in the aim to reach optimal test conditions. It is associated with a measurement device using laser and allowing obtaining the velocity profile of the projectile and the Strength-Strain characteristic curves of the tested yarn. The validity of the measure is confirmed by comparing our results with those obtained with a laser Doppler vélocimètre, device allowing measuring directly and precisely the velocity profile of the projectile. Many test campaigns are performed. Both in the aim to identify the dynamic parameters of a single and virgin yarn, and in the aim to characterize the impact of the fabric structural arrangement on the dynamic behavior of a yarn. This study reveals the intervention of three main structural parameters, which are the total inter-yarns contact surface, the number of binding points and the transvers and lateral inter-yarns pressures, having an impact on four main yarn break criteria, which are the structural defects and hysteresis phenomena inside the filament, stress concentrations and frictional forces concerning the interactions between the tested yarn and the rest of the fabric.