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1 - FORMAGE DES RENFORTS CONTINUS ET PROBLÉMATIQUES ASSOCIÉES

2 - COMPORTEMENT MÉCANIQUE DES RENFORTS TISSÉS

3 - SIMULATION DE LA MISE EN FORME DES RENFORTS FIBREUX

Article de référence | Réf : AM3734 v1

Formage des renforts continus et problématiques associées
Mise en forme des renforts fibreux de composites

Auteur(s) : Philippe BOISSE

Date de publication : 10 avr. 2004

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RÉSUMÉ

La qualité et les propriétés d'une pièce en matériau composite dépendent d'une part des composants, fibres et matrice, mais aussi de la façon dont ils ont été mis en oeuvre. Cet article présente les procédés de fabrication des composites, le plus souvent du formage, et les modes de déformation et le comportement mécanique d'un renfort tissé. Différents essais mécaniques, en traction biaxiale et en cisaillement, sont décrits. Enfin l'article présente des méthodes de simulation de la mise en forme du renfort fibreux. 

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Auteur(s)

  • Philippe BOISSE : Professeur des universités - Laboratoire de mécanique des contacts et des solides, INSA de Lyon

INTRODUCTION

L a réalisation d’une pièce en matériaux composites diffère notablement de celle utilisant des matériaux plus classiques tels que les métaux ou les polymères massifs. Le matériau final et la géométrie de la pièce sont souvent obtenus simultanément et les propriétés et qualités de la structure composite finale dépendent à la fois des composants (fibres et matrice) et de la façon dont ils ont été mis en œuvre. Les procédés de fabrication des composites sont généralement du type formage. Ils sont spécifiques car ils utilisent l’absence de matrice (ou son état non durcie) pour permettre des déformations des renforts continus rendues possibles par leur nature fibreuse.

En conséquence, ces mécanismes particuliers, qui s’appuient sur la mécanique des milieux fibreux, en général tissés, demandent des analyses et des modèles spécifiques, et notamment le développement d’outils de simulation de la mise en forme propres aux matériaux composites.

Dans cet article, après avoir décrit les spécificités du formage des composites, on analyse les différents modes de déformation et le comportement mécanique d’un renfort tissé. En particulier, des essais de tension biaxiale et de cisaillement plan sont décrits. La dernière partie concerne la simulation de la mise en forme des renforts fibreux (drapage ou préformage) et présente :

  • la méthode du filet, basée sur des hypothèses très simplificatrices ;

  • l’utilisation, dans le cadre de la méthode des éléments finis, d’approches propres aux tissés qui permettent de prendre en compte le comportement mécanique du renfort et les conditions aux limites en efforts.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-am3734


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1. Formage des renforts continus et problématiques associées

1.1 Spécificité de la mise en forme des composites

  • Un matériau composite est obtenu par l’association de renforts (fibres) et d’une matrice (résine). On doit distinguer ici les composites à fibres courtes ou coupées et les composites à fibres continues. Les deux classes de matériaux sont assez différentes.

    Les fibres courtes améliorent le comportement mécanique du matériau composé de la matrice seule, mais celle-ci reste l‘élément de base. Les techniques de mise en œuvre des polymères peuvent plus ou moins être étendues à ces matériaux chargés de fibres, en particulier l’injection .

    Dans le cas d’un renfort continu, celui-ci joue un rôle principal dans le comportement mécanique du composite, la fonction de la matrice étant, en particulier, d’empêcher les déplacements relatifs des fibres continues. C’est ce type de composite qui est utilisé dans les applications structurelles fortement sollicitées et ce sont ces renforts continus qui seront considérés dans le présent article.

  • La mise en forme des matériaux composites se différencie de celle des matériaux classiques et utilise la composition fibres-matrice. Le formage est réalisé dans un état où la matrice ne joue pas son rôle. En particulier :

    • Dans le cas du procédé RTM (Resin Transfer Moulding ) ...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - BERBAIN (F.), CHEVALIER (A.), CHOUDIN (C.) -   Mise en œuvre des composites. Méthodes et matériels.  -  Mise en œuvre des composites- Méthodes et matériels, traité Plastiques et Composites, Techniques de l’Ingénieur (1997).

  • (2) - BOINOT (F.), GURLIAT (A.) -   Moulage par injection de résine à basse pression ou procédé RTM.  -  A 3 728, traité Plastiques et Composites, Techniques de l’Ingénieur (1991).

  • (3) - CARRONNIER (D.), GAY (D.) -   Approche intégrée du RTM.  -  Revue des composites et des matériaux avancés, 6, no Hors série (1996).

  • (4) - POTTER (K.D.) -   The early history of the resin transfer moulding process for aerospace applications.  -  Composites Part A, 30 (5), p. 619-621 (1999).

  • (5) - BLANLOT (R.), BILLOET (J.-L.) -   Numerical formulation of the evolutive anisotropic behaviour of composite woven fabrics in order to simulate forming processes.  -  Proceedings of ICCM 10, Vancouver, p. 229-236 (1995).

  • ...

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