MATETPRO - Matériaux et Procédés pour Produits Performants

Comportement mécanique multiéchelles d’interlocks 3D – INTERLOCK3D

Résumé de soumission

Le comportement mécanique de milieux fibreux tissés est d’un grand intérêt actuellement, compte tenu de leur utilisation croissante dans des contextes divers, due à leurs caractéristiques spécifiques intéressantes : gain de poids, gain de temps machine très important pour des grandes productions, de temps main d’œuvre, mais aussi de matière et d’énergie, meilleure répartition des efforts, mobilité importante du tissu sec, performances mécaniques accrues, bonne stabilité chimique, résistance à la corrosion. Ces avantages justifient l’emploi de textiles pour la réalisation de produits à forte composante technologique et à forte valeur ajoutée, et notamment l’industrie aéronautique, secteur dans lequel on assiste à une forte augmentation des composites à renforts fibreux épais dotés d’une architecture 3D. Snecma a développé une technologie d’élaboration d’aube de soufflante en matériau composite à base d’un renfort tissé tridimensionnel, qui constitue en soi une rupture technologie. L’orientation des fibres dans les trois directions de l’espace confère à ce type de matériau une très bonne résistance à l’impact par rapport aux solutions composites classiques.
La méthodologie mise en œuvre dans ce projet vise à améliorer la compréhension quantitative des mécanismes de déformation des tissés interlocks 3D, afin d’augmenter leurs performances en service dans un contexte d’allègement des structures. Il s’agit la d’un verrou scientifique et technologique majeur compte tenu des enjeux économiques. En dépit de nombreuses tentatives de modélisation du comportement effectif, il n’y a actuellement pas encore d’approche reconnue capable d’appréhender les aspects les plus importants de la déformation des tissages 3D, et de prédire de façon efficace simultanément la réponse macroscopique de la structure à l’état sec ou pré imprégné à partir de celle des fibres ou des fils constitutifs des mèches aux plus petites échelles. Grâce au développement récent des techniques de simulation multiéchelles et de technique d’analyse à des échelles très fines telles que la microtomographie X, il devient possible d'aborder le comportement mécanique de milieux fibreux au niveau des interactions entre fibres, ce qui ouvre des voies nouvelles pour l'exploration et la compréhension des phénomènes se produisant à ce niveau, et surtout pour élaborer et identifier des modèles aux échelles intermédiaires, indispensables pour une prédiction du comportement macroscopique.

L’objectif principal du projet est de construire des modèles et des lois de comportement mécanique multiéchelles de tissages 3D, afin de répondre aux problématiques d’allègement et d’amélioration des performances, conduisant à rechercher des produits alliant gain de poids et des armures offrant des performances optimales lors de la mise en service. Ces modèles prendront en compte les informations fines liées aux constituants élémentaires (fils et fibres) et à leurs interactions mutuelles (contact, frottement, rhéologie), qui auront été caractérisées par des essais et la mise en œuvre de techniques d’analyse appropriées. Les analyses tant expérimentales que numériques qui seront menées fourniront des critères de choix des armures en fonction d’indicateurs de performance prenant en compte les phénomènes caractérisés et modélisés aux échelles inférieures. L'identification des principaux phénomènes représentatifs, la recherche de variables pertinentes pour les représenter, sont des questions centrales et ouvertes, qui se posent précisément au niveau des interfaces entre les échelles. L’élaboration de modèles prédictifs permettra de prévoir l’impact des paramètres des produits élaborés sur les fonctionnalités mécaniques recherchées, et d’optimiser les critères de choix des tissages 3D. L’objectif principal visé à l’échelle ultime est l’optimisation de la mise en forme des textiles 3D de type interlocks par la mise en place de méthodes et d'outils expérimentaux, théoriques et numériques.

Coordination du projet

Jean-François GANGHOFFER (Laboratoire d'Energétique et de Mécanique Théorique et Appliquée) – jean-francois.ganghoffer@univ-lorraine.fr

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

LPMT Laboratoire de Physique et Mécanique Textiles
LAMCOS Institut National des Sciences Appliquées de Lyon - Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures
NOVITOM NOVITOM
JTT COMPOSITE MIPNET Industries
3SR Lab Laboratoire Sols-Solides-Structures-Risques
SNECMA SNECMA
LMSSMAT Laboratoire de Mécanique des Sols, Structures et Matériaux
LEMTA Laboratoire d'Energétique et de Mécanique Théorique et Appliquée

Aide de l'ANR 999 936 euros
Début et durée du projet scientifique : octobre 2013 - 48 Mois

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