Simulation à l'échelle mésoscopique d'un renfort tissé en fibres de lin
Aujourd'hui dans un contexte de développement durable et d'allègement des structures, l'intégration de pièces composites à base de fibres de lin est de plus en plus plébiscitée par les industriels. L'une des catégories de procédés permettant la fabrication de ces pièces est le Li...
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| Autres auteurs: | , , , , , |
| Format: | Thèse numérique |
| Langue: | Français |
| Publié: |
2025.
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| Sujets: | |
| Accès en ligne: | Accès au texte intégral https://theses.univ-orleans.fr/public/2025ORLE1010_va.pdf http://www.theses.fr/2025ORLE1010/abes https://theses.hal.science/tel-05155637 |
| Note: |
Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Laboratoire de mécanique Gabriel Lamé (Centre-Val de Loire ; 2018-....) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Damien Soulat (Président du jury) ; Audrey Hivet, Naïma Belayachi (Membre(s) du jury) ; Joël Bréard, Alain Bourmaud (Rapporteur(s)) |
| Autres localisations: | Voir dans le Sudoc |
| Variante du titre: | Simulation at the mesoscopic scale of flax fibers woven reinforcements behavior |
| Résumé: | Aujourd'hui dans un contexte de développement durable et d'allègement des structures, l'intégration de pièces composites à base de fibres de lin est de plus en plus plébiscitée par les industriels. L'une des catégories de procédés permettant la fabrication de ces pièces est le Liquid Composite Moulding (LCM). Ce type de procédé consiste en une étape de préformage d'un renfort à l'état sec dans un moule puis à une étape d'injection de la résine. Néanmoins, le préformage de pièces complexes à partir de renforts tissés en fibres de lin dans ces procédés constituent un frein majeur à la généralisation de l'utilisation de ce matériau. Lors du préformage des pièces, les renforts subissent différentes sollicitations qui induisent des modifications à la fois structurelles du renfort et de ses propriétés dont l'impact est à ce jour assez peu maitrisé, notamment dans le cas des fibres naturelles. Afin d'apporter une réponse à cette problématique et dans une dynamique de maîtrise des procédés, il est envisagé de mettre en place une simulation à but prédictif d'un renfort tissé en fibres de lin. Les renforts tissés disposent de différentes échelles d'étude dont chacune présente des avantages et inconvénients sur la nature des informations qu'elles proposent et sur le temps de calcul associé. Pour disposer à la fois de résultats globaux et locaux des mécanismes de déformation du renfort et d'un temps de calcul raisonnable, les simulations réalisées dans cette étude sont à l'échelle dite mésoscopique, c'est-à-dire l'échelle des mèches et de leur entrelacement. Cette simulation nécessite donc de disposer d'une géométrie fiable et cohérente d'une cellule élémentaire de renfort et d'une loi de comportement représentative du comportement des mèches de lin. Sachant qu'il existe différents types d'architectures de renforts et différents types de mèches, la présente étude s'intéresse à un renfort de type sergé 2x2 tissé avec des mèches de type roving, c'est-à-dire des mèches de fibres quasiment parallèles.L'étude s'appuie sur de précédents travaux menés à cette échelle pour des renforts tissés avec des roving de fibres synthétiques. La mise en place d'une cellule élémentaire de renfort est assurée sans interpénétration des mèches et avec un maillage efficace. La loi de comportement du matériau homogène équivalent des mèches de fibres de lin représente l'un des enjeux de cette étude. En effet, le caractère naturel et discontinu des fibres implique à la fois une variabilité géométrique des mèches fabriquées à partir de ces fibres et une variabilité des propriétés mécaniques hérité de l'assemblage fibreux. L'objectif de la présente étude est donc de déterminer, à l'aide de l'analyse d'essais expérimentaux sur rovings, le comportement très spécifique de ces rovings de lin lors de différentes sollicitations afin d'alimenter la loi de comportement nécessaire aux simulations. Today, in a context of sustainable development and the lightening of structures, the integration of composite parts based on flax fibers is increasingly popular with manufacturers. One of the categories of processes used to manufacture these parts is Liquid Composite Moulding (LCM). This type of process consists of a step of reinforcement preforming in a dry state in a mold and then a step of injection of the resin. Nevertheless, the preforming of complex parts from woven flax fiber reinforcements in these processes is a major obstacle to the widespread use of this material. During the preforming of the parts, the reinforcements undergo various stresses that induce structural modifications to both the reinforcement and its properties, the impact of which is currently poorly controlled, especially in the case of natural fibers. In order to provide an answer to this problem and in a process control dynamic, it is planned to set up a predictive simulation of a woven flax fiber reinforcement. Woven reinforcements have different study scales, each of which has advantages and disadvantages in terms of the nature of the information they offer and the associated calculation time. In order to have both global and local results of the reinforcement deformation mechanisms and a reasonable computation time, the simulations carried out in this study are at the so-called mesoscopic scale, i.e. the scale of the yarn and their interlacing. This simulation therefore requires reliable and coherent geometry, an elementary reinforcement cell and a behavior law representative of the behavior of flax yarn. Knowing that there are different types of reinforcement architectures and different types of yarns, the present study focuses on a 2x2 twill type reinforcement woven with roving-type yarn, i.e. almost parallel fiber yarns. The study builds on previous work carried out at this scale for reinforcements woven with synthetic fiber roving. The installation of an elementary reinforcement cell is ensured without interpenetration of the yarnss and with an efficient mesh. The behavior law of the equivalent homogeneous material of flax fiber yarns is one of the challenges of this study. Indeed, the natural and discontinuous character of the fibers implies both a geometric variability of the yarns made from these fibers and a variability in the mechanical properties inherited from the fibrous assembly. The objective of the present study is therefore to determine, with the help of the analysis of experimental tests on rovings, the very specific behavior of these flax rovings during different loads in order to feed the behavioral law necessary for the simulations. |
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| Description: | Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....) Partenaire(s) de recherche : Laboratoire de mécanique Gabriel Lamé (Centre-Val de Loire ; 2018-....) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Damien Soulat (Président du jury) ; Audrey Hivet, Naïma Belayachi (Membre(s) du jury) ; Joël Bréard, Alain Bourmaud (Rapporteur(s)) |
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