Simulations éléments-finis de la déformation de textiles aux échelles macro et mésoscopique

Finite-element simulations of textile deformations at macro and mesoscale

Université de Lyon, INSA – Lyon, LaMCoS, UMR 5259, 69621 Villeurbanne Cedex, France

Auteur de correspondance : Philippe.Boisse@insa-lyon.fr

Reçu : 28 Août 2008
Accepté : 9 Avril 2009

Résumé

La connaissance du comportement mécanique des tissus utilisés comme renforts de composites est nécessaire pour réaliser des simulations de préformage. Cette étude vise à rappeler la spécificité du comportement mécanique des tissus secs et à déterminer ces propriétés mécaniques par des essais virtuels. Pour ceci, des analyses éléments-finis 3D des cellules tissées unitaires sont réalisées. Ces calculs ne sont pas classiques compte tenu de la constitution des fils faits de milliers de fibres de petits diamètres. Les mouvements relatifs possibles des fibres rendent très faible la plupart des rigidités autres que celles de tension. Les spécificités du calcul pour déterminer ce comportement mécanique seront décrites. Plusieurs aspects spécifiques de l'analyse sont détaillés ; particulièrement l'utilisation d'une loi hypoélastique basée sur une dérivée objective utilisant la rotation de la fibre. Les résultats de ces tests virtuels sont comparés à des résultats expérimentaux en particulier obtenus par tomographie X. Enfin ces comportements matériaux sont utilisés dans des simulations macroscopiques dans des cas d'emboutissages à un ou plusieurs plis. Il est discuté de l'importance des différentes rigidités dans l'apparition et la forme des plis.

Abstract

The knowledge of the mechanical behavior of fabrics used as reinforcements of composites is necessary to carry out simulations of preforming. This study aims pointing out the specificity of the mechanical behavior of dry fabrics and at determining these mechanical properties by virtual tests. In that goal, 3D finite-elements analyses of the unit woven cells are carried out. These calculations are not standard taking into account the constitution of the yarns that are made of thousands of fibres of small diameters. The possible relative movements of fibres make very weak the rigidities other than those of tension. Specificities of calculation to determine this mechanical behavior will be described. Several specific aspects of the analysis are detailed; particularly the use of a hypoelastic law based on an objective derivative using the rotation of fibre. The results of these virtual tests are compared with experimental results obtained in particular by tomography X. Finally these material mechanical behaviors are used in macroscopic simulations in cases of one and several ply stamping. It is discussed of the importance of various rigidities in the appearance and the shape of wrinkles.