Comportement des matériaux composites à renforts tricotés élaborés par injection de résine - IMT Mines Albi-Carmaux Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2011

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Comportement des matériaux composites à renforts tricotés élaborés par injection de résine

Résumé

Knitted fabrics are of great interest for reinforcing composites and particularly for producing complex and 3D shape parts due to their high drapability and their automation capability. Nevertheless the looped structure of the reinforcement confers to the composite poor in plane mechanical properties. Improving these properties requires an optimization of the fabric architecture. The aim of this thesis is to study the mechanical behaviour of weft-knitted reinforced composites and to relate it with the fabric architecture, the fibre type and the dry preform behaviour. In a first step, tensile behaviour of the dry knitted fabrics has been studied according to their architecture and the fibre type (E-glass, basalt and carbon), focusing first on the basic knitted fabrics (1x1 rib and plain), and then by inserting inlay yarns in the course direction of the plain knit fabric. In a second step, composite plates, reinforced by these knitted preforms were elaborated by resin injection and subjected to tensile tests. Digital image correlation has been used to highlight the deformation heterogeneity due to knitted reinforcement and explain the difference of behaviour depending on loading direction. Damages have been studied by the fracture pattern observation. In a last step, the semi-analytical modeling of the plain-knit fabric behaviour, based on the theory of elasticity, gives a geometrical model of the plain stitch for any deformed state of the fabric. The fibre orientation calculated has been used in an homogeneization model for estimating the elastic properties of the resulting composite. Theoretical results are in good agreement with those obtained experimentally. This model allows to take into account the presence of the inlay yarns and also an initial extension of the reinforcement before composite elaboration and thus to define an optimized architecture of the knitted fabric to improve the properties of the composite.
Les textiles tricotés présentent un grand intérêt pour le renforcement de composites et notamment pour la mise en oeuvre de pièces de formes complexes, cependant, l'orientation non alignée des fibres confère au composite des propriétés mécaniques limitées. L'amélioration de ces propriétés nécessite une optimisation de la contexture fibreuse. Dans ce contexte, le travail de thèse vise à étudier le comportement des composites à renforts tricotés et le mettre en relation avec l'architecture du tricot, la nature de la fibre et le comportement du textile sec. Dans un premier temps, le comportement des tricots secs a été étudié en fonction de leur architecture et de la nature de la fibre (verre, basalte et carbone) en se consacrant d'abord aux contextures de référence (côte et jersey), puis en insérant des mèches non tricotées dans la rangée du jersey. Dans une seconde phase, des composites renforcés de ces même contextures ont été élaborés par injection de résine et soumis à des essais de traction. La stéréo-corrélation d'images a été utilisée pour mettre en évidence l'hétérogénéité des déformations due au renfort fibreux et pour expliquer les différences de comportement en fonction de la direction de sollicitation. L'endommagement a été étudié par l'observation des faciès de rupture. Dans une dernière phase, une modélisation semi-analytique du comportement des tricots jersey secs basée sur la théorie de l'élasticité permet d'obtenir un modèle géométrique de la maille jersey quel que soit l'état de déformation du tricot. L'orientation des fibres calculée est utilisée pour alimenter un modèle d'estimation des propriétés élastiques des composites basé sur le principe d'homogénéisation. Les résultats sont comparés avec l'expérience et montrent une bonne corrélation. Ce modèle permet en outre de prendre en compte la présence des mèches insérées dans la rangée du jersey ainsi qu'une prétension initiale du renfort avant mise en oeuvre et ainsi, de définir une architecture du renfort optimisée pour améliorer les propriétés du composite.
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Dates et versions

tel-04603648 , version 1 (06-06-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04603648 , version 1

Lien texte intégral

Citer

Laura Balea. Comportement des matériaux composites à renforts tricotés élaborés par injection de résine. Matériaux. Université Toulouse 3 Paul Sabatier (1969-..), 2011. Français. ⟨NNT : 2011TOU30362⟩. ⟨tel-04603648⟩
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