Développement de croisements de raidisseurs composites : technologie, modélisation et optimisation

par Maxime Kowalski

Thèse de doctorat en Mécanique, Énergétique et Sciences des matériaux

Sous la direction de Damien Soulat et de Xavier Legrand.

Soutenue le 03-12-2015

à Lille 1 , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille) , en partenariat avec Laboratoire de génie et matériaux textiles (Roubaix, Nord) (laboratoire) .

mots clés

• Renforts textiles
• Préformage
• Composites polymères -- Propriétés mécaniques -- Modèles mathématiques
• Tissus de verre -- Propriétés mécaniques -- Modèles mathématiques
• Polypropylène
• Éléments finis, Méthode des

Résumé

Dans le cadre du projet Européen MAPICC 3D, un nouveau procédé de production de renforts textiles pour pièces composites à géométrie complexe est conçu. Il permet de réaliser des croisements de raidisseurs en « one-shot ». Localement optimisées afin de répondre au cahier des charges mécanique établi, les structures de renfort 3D utilisées sont également continues dans toute la géométrie de la pièce. Une caractérisation multi-échelle des échantillons produits permet de corréler les paramètres du procédé à la morphologie du renfort et donc aux propriétés finales du composite. Associé à ces résultats expérimentaux, un modèle géométrique mésoscopique a été développé, il permet de générer les volumes élémentaires représentatifs des structures de renfort présentes dans le croisement de raidisseurs. Afin d’évaluer et d’optimiser le comportement mécanique homogénéisé de ces structures de renfort, une chaine numérique par éléments finis a été développée. Enfin, une comparaison macroscopique des croisements de raidisseurs permet de quantifier l’apport d’une solution composite hétérogène « sur-mesure » par rapport à une solution métallique isotrope classique.

Titre traduit

Development of composite crossing of stiffeners : technology, modelling and optimisation

Résumé

The European project MAPICC 3D aims the development of a preform manufacturing process for complex shape composite parts. It permits the "one-shot" manufacture of crossing of stiffeners. Locally optimized to meet the mechanical requirements, used 3D reinforcement structures are continuous in the whole part geometry. A multi-scale characterization of produced samples permits to correlate process parameters to reinforcement morphology and by this way to final composite properties. Linked to these experimental results, a mesoscopic geometrical model has been developed; it permits to generate the representative elementary volumes of crossing of stiffeners reinforcement structures. In order to evaluate and optimize the homogeneous mechanical behavior of these reinforcement structures, a mechanical modeling using finite elements has been developed. Finally, a macroscopic crossings of stiffeners comparison permits to quantify the benefits of an heterogeneous fitted composite solution compared to an isotropic metallic one.