Woven fibrous mediums : modeling and simulation of double curvature fiber reinforced thermoplastic composites forming

Milieux fibreux tissés : modélisation et simulation de la mise en forme des CFRTP à géométrie non développable

M. Youssef (1)

1 LMSP - Laboratoire de Mécanique des Systèmes et des Procédés

To tend to reduce costs of composites forming process, it is necessary to have at one's disposal a simulation tool and a good knowledge of the behavior models, likely to be used. Several approaches related to the various scales of the woven brous mediums are analyzed ; the construction of constitutive laws for these mediums depends closely on the directional properties induced by each family of fibers.
An experimental and a numerical analysis of doubly curved parts stamping are carried out : stamping of dry woven reinforcements and thermoforming of pre-impregnated thermoplastic composites are performed. The objective is, in the first case, to observe the deformation mechanisms concerned and to measure some characteristic sizes, and in the second case, to approach the real conditions of CFRTP thermoforming on an industrial level. Solver PAM FORM is used for the process simulation.
After characterizing the constitutive relation implemented, several tests are carried out and a comparison is proposed between results obtained by simulation and those obtained in experiments. The formulation used having proven reliability in the case of unidirectional reinforced composites, we propose some tracks to build a constitutive law for woven reinforced composites.

Dans une perspective de réduction des coûts de la mise en forme des composites, il est essentiel de disposer d'un outil de simulation du procédé et donc d'une bonne connaissance des modèles de comportement susceptibles d'être utilisés. Plusieurs approches liées aux différentes échelles des milieux fibreux tissés sont analysées ; la constitution des lois de comportement de ces milieux dépend étroitement des propriétés directionnelles induites par chaque famille de fibres.
Une analyse expérimentale puis numérique de la mise en forme par emboutissage de pièces à géométrie non-développable a été menée. Elle porte sur le préformage et le thermoformage réalisés respectivement sur des renforts tissés non imprégnés et sur des composites à matrice thermoplastique. L'objectif est, dans le premier cas, d'observer les mécanismes de déformation en jeu et de mesurer quelques grandeurs caractéristiques, et dans le second cas, de se rapprocher des conditions réelles de mise en forme par thermoformage des CFRTP à l'échelle industrielle. Le solveur PAM FORM est utilisé pour la simulation du procédé.
Après avoir caractérisé la loi de comportement qui y est implémentée, nous avons effectué plusieurs tests à partir desquels une comparaison est proposée entre les résultats obtenus par simulation et ceux obtenus expérimentalement. La formulation utilisée ayant fait ses preuves dans le cas de la mise en forme de composites à renforts unidirectionnels, nous proposons quelques pistes pour construire une autre loi de comportement pour des composites à renforts tissés.

Mots clés: Woven fibrous mediums; sheet composite forming; continuum approach; viscous models; forming simulation.

Mots clés: Milieux fibreux tissés; mise en forme des composites minces; CFRTP; approche continue; modèles visqueux; simulation de la mise en forme.; simulation de la mise en forme

Domaines: Mécanique [physics.med-ph]

M. Youssef. Milieux fibreux tissés : modélisation et simulation de la mise en forme des CFRTP à géométrie non développable. Mécanique [physics.med-ph]. Polytech'Orléans / ENSAM Paris, 2005. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00278343⟩