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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
Wendling et al.Modélisation EF
GDR 3MF
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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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Introduction
Géométrie
Comportement
Résultats
Une modélisation pour quoi faire ?
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Introduction
Géométrie
Comportement
Résultats
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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Introduction
Géométrie
Comportement
Résultats
Une modélisation pour quoi faire ?
1 cm
Sergé de carbone
interlock
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Introduction
Géométrie
Comportement
Résultats
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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Introduction
Géométrie
Comportement
Résultats
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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Introduction
Géométrie
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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Introduction
Géométrie
Comportement
Résultats
Modélisation géométrique
Thèse d’Audrey Wendling – le 4
septembre 2013 à l’INSA de Lyon
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Introduction
Géométrie
Comportement
Résultats
Domaine d’étude et conditions aux limites
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Introduction
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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Introduction
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
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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Introduction
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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Introduction
Géométrie
Comportement
Résultats
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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Géométrie
Comportement
Résultats
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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Introduction
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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Introduction
Géométrie
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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Introduction
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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Introduction
Géométrie
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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Introduction
Géométrie
Comportement
Résultats
Simulations à l’échelle du renfort
Réduction du domaine d’étudeApplication au tissage
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Introduction
Géométrie
Comportement
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 …