Modélisation des renforts tissés complexes à l’aide de la méthode des éléments finis

Audrey Wendling1, Gilles Hivet2, Charlotte Florimond1, Philippe Boisse1, Emmanuelle Vidal-Sallé1

1 Université de Lyon - LaMCoS - INSA Lyon2 Université d’Orléans - PRISME

27 juin 2013

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Introduction

Géométrie

Comportement

Résultats

Contenu

Une modélisation pour quoi faire ?Les points durs de la mise en forme

A quelle échelle travailler ?

Modélisation géométriqueModélisation volumique

Conditions aux limites

Loi de comportementComportement à l’échelle de la mèche

Des exemples de modélisation

Mise en œuvre et résultatsComment s’y prendre

Quelles sont les difficultés

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Une modélisation pour quoi faire ?

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Une modélisation pour quoi faire ?

Non Crimp Fabric (NCF)

tresse

tricot

Sergé de carbone

interlock

Loix F., Badel P., Orgéas L., Geindreau C., Boisse P. Woven fabric

permeability: From textile deformation to fluid flow mesoscale simulations

– Composites Science and Technology 68 (2008) 1624–1630

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Une modélisation pour quoi faire ?

1 cm

Sergé de carbone

interlock

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A quelle échelle travailler ?Echelle microscopique

•Détissages•Zones sèches

•Zones sans fibres

•Apparition de plissements

• Rupture de fibres• Flambements de fibres

Echelle mésoscopique

Echelle macroscopique

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Modélisation géométrique

Lomov S.V., Gusakov A.V., Huysmans

G., Prodomou A., Verpoest I. (2000).

‘Textile geometry preprocessor for

meso-mechanical models of woven

composites’, Composites Science and

Technology, 60, 2083–2095.

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Comportement

Résultats

Modélisation géométrique

[ Hivet G, Boisse P. Consistent 3D geometrical model

of fabric elementary cell. Application to a meshing

preprocessor for 3D finite element analysis. Finite Elem. Anal. Des. 2005 ]

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Comportement

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Modélisation géométrique

Thèse d’Audrey Wendling – le 4

septembre 2013 à l’INSA de Lyon

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Comportement

Résultats

Domaine d’étude et conditions aux limites

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Géométrie

Comportement

Résultats

Domaine d’étude et conditions aux limites

A

B

A

B Bmu X

Amu X

M mu Xu uX X

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Comportement

Résultats

Comportement homogénéisé du fil

L’hypothèse de matériau continu n’est pas respectéeOutils encore à mettre en œuvre

En attendant utilisation des éléments finis avec des caractérisations sur des essais macroscopiques.

Traction

1 mm

Tension de 11 N S / S0 = 0,86

1 mm

Badel P., Vidal-Sallé E., Maire E., Boisse P., Simulation

and tomography analyzis of textile composite reinforcement

deformation at the mesoscopic scale, Composites Science and

Technology, 68 (2008) 2433–2440.

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Géométrie

Comportement

Résultats

Comportement homogénéisé du fil

L’hypothèse de matériau continu n’est pas respectéeOutils encore à mettre en œuvre

En attendant utilisation des éléments finis avec des caractérisations sur des essais macroscopiques.

Traction

Cisaillement

Dumont F., Hivet G., Rotinat R., Launay J., Boisse P.,

Vacher P. – Mesures de champs pour des essais de cisaillement

sur renforts tisses. – Mech Ind 4 (2003) 627–635]

1 mm

1 mm

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Comportement homogénéisé du fil

: C DHypoelasticité: une dérivée objective du

tenseur des contraintes de Cauchy est une fonction de l’état actuel des contraintes et du

taux de déformation.

f F t S s E tElasticité: Le tenseur des

contraintes de Cauchy stress

dépend de l’état actuel des déformations.

2w w

SE C

Hyperelasticité: un potentiel énergétique permet de définir l’état de

contrainte en fonction des déformations.

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Modélisation hypo-élastique

Elle est couramment utilisée pour les comportement non linéaires

Elle nécessite de prendre quelques précautionsIl faut définir la forme de

Il faut garantir l’objectivité de

Les observations ont conduit à supposer un comportement isotrope transverse

Découplage partiel entre le comportement longitudinal et transversal

Comportement transversal décomposé en partie « sphérique » et déviatorique

f1

σ C:D

C

σ

Longitudinal Transverse C C C

i

Tf

A B 2 A B 2 0

A B 2 A B 2 0

0 0 B

C

Badel P.; Gauthier S.,

Vidal-Sallé E.; Boisse P.

(2009). Rate constitutive

equations for computational

analyses of textile composite

reinforcement mechanical

behaviour during forming,

Composites: Part A, 40,

997–1007.

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Géométrie

Comportement

Résultats

Modélisations possibles

Travailler à l’échelle du VER impose des sollicitations uniformes – passage méso-macro

Utilité pour les estimations de perméabilité locales

Utilité pour les estimations de rigidités locales

Travailler à l’échelle du renfort n’est pas encore envisageable à moins de réduire les temps de calcul

En réduisant la finesse de modélisation

En réduisant le domaine d’étude

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Comportement

Résultats

Simulations à l’échelle du VER

La tomographie permet de tester la pertinence des calculs par des comparaisons de géométries

[ Badel P, Vidal-Sallé E, Maire E, Boisse P. Simulation and tomography analysis of textile composite

reinforcement deformation at the mesoscopic scale. Composites Science and Technology, 2008 ]

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Géométrie

Comportement

Résultats

Simulations à l’échelle du renfort

Mises en forme avec des modèles plus grossiersPermet ,de détecter des défauts non périodiques liés à la non continuité

Plissements

détissages

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Comportement

Résultats

Simulations à l’échelle du renfort

Mises en forme avec des modèles plus grossiers

432 DDL

47214 DDL

[Badel, 2008]

Gatouillat S., Vidal-

Sallé E., Boisse P.

(2010) Advantages of the

Meso/Macro Approach for

the Simulation of Fibre

Composite Reinforcements

Int. J. of Material

Forming 3 suppl. 1:

643-646

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Simulations à l’échelle du renfort

Réduction du domaine d’étudeApplication au tissage

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Résultats

Perspectives

Du point de vue numériqueAutomatisation des mises en données

Standardisation des essais de caractérisation

Couplage automatisé avec les outils de calcul de perméabilité pour avoir une chaîne numérique complète

Du point de vue expérimentalFiabilisation des paramètres liés au frottement

Identifier les endommagements de fibres

Du point de vue théoriqueTechniques d’homogénéisation moins coûteuses lorsque le matériau n’est pas continu

Lois de frottement anisotropes…

Merci à Pierre Gilles Audrey Charlotte Sébastien Adrien Sylvain Naïm Jérôme Carolina Thanh Xu

Marissa et …