Friction of carbon tows and fine single fibres

The aim of this study conducted on carbon tows and single fibres is to highlight some friction behaviours to help better understand the friction mechanisms that occur during the manufacture of carbon composites. These mechanisms are responsible for damage that reduces the specifications and lifetime of mechanical parts. An experiment has been developed in order to rub together two carbon tows, or two single carbon fibres (with a diameter down to 5 mm), at an angle of 90°. The influences of friction velocity, normal load, and type of carbon fibre have been studied. For both tows and fibres the friction follows the Coulomb’s law because there is no influence of the velocity and the normal load in the tested range. The rearrangement of fibres within the tow has been shown to be fundamental. For the single fibre, the role of the Young’s modulus and the sizing treatment is important

Les atouts des tricots à mailles cueillies comme renforts de matériaux composites expliqués à des élèves-ingénieurs en mécanique

Les renforts tricotés sont peu utilisés dans les matériaux composites de structures du fait de différents inconvénients : faible taux de fibres, orientation complexe des fibres, modules d'Young, de cisaillement et force de rupture plus faibles que pour un renfort tissé. Néanmoins un renfort tricoté présente des atouts intéressants : résistance au délaminage, mise en forme aisée du fait de sa grande déformabilité et possibilité de réaliser directement des formes complexes sans assemblage (ex : calotte sphérique). Il est possible d'utiliser cette dernière spécificité avec des renforts tramés

L'elastica revisitée sous l'angle des efforts

La question de la forme de l'elastica, proble`me purement ge´ome´trique, fut pose´e par Jacques Bernoulli en 1691 et la solution en forme close fait appel aux fonctions elliptiques de Jacobi. Une de´termination expe´rimentale fut ensuite re´alise´e par Born il y a un sie`cle. On se propose ici de retrouver cette courbe a` l'aide d'une manipulation simple reposant sur la mesure d'une force suiveuse fle´chissant une lame encastre´e. La forme de la lame est alors homothe´tique a` une portion de courbe de l'elastica rectangle ou` le facteur d'e´chelle est donne´ par la valeur de la force

Indentation de matériaux fibreux : origine de l'hystérèse

Les fibres enchevêtrées interviennent dans de nombreux matériaux comme les textiles mais aussi les mats de fibres de bois, les matériaux d’isolation type laine minérale, les filtres … Pendant la fabrication ou l’utilisation de ces matériaux, les tampons de fibres subissent de la compression voire des cycles de charge – décharge. La compréhension de l’origine de l’hystérèse existant lors d’un cycle de charge - décharge reste partielle. Une des raisons expliquant l’hystérèse invoquée dans la littérature est l’existence de frottements entre les fibres. Cette étude porte sur des matériaux textiles pileux type étoffe de velours. Ces matériaux se distinguent des tampons de fibres enchevêtrées par le fait que les fibres sont maintenues encastrées à l’une de leur extrémité. Une autre caractéristique est qu’après quelques cycles de réarrangement des fibres, le comportement de l’étoffe est élastique (les cycles ultérieurs sont fermés et se superposent). L’étude comporte une partie expérimentale ainsi qu’une modélisation par éléments finis. Dans les 2 cas, les influences sur l’hystérèse du frottement entre poils et du frottement entre l’indenteur et les poils ont été étudiées. La modélisation ne prend en compte que la compression de quelques poils mais permet de mieux comprendre l’allure du cycle (non linéarité et hystérèse)

Sur la mesure d'une force suiveuse mobile fléchissant une lame en grands déplacements

On s'intéresse à la force exercée par un patin mobile en translation fléchissant une lame élastique encastrée à une extrémité. Le contact étant supposé obéir à une loi de frottement de Coulomb, la force est suiveuse et la forme de la lame est donnée par l'elastica via une transformation homothétique dont le facteur d'échelle est donné par la valeur de la force. Après avoir rappelé la modélisation de ce problème non linéaire, nous verrons comment accéder expérimentalement à la raideur en flexion et au coefficient de frottement à partir de la mesure de la force et du déplacement du patin. Outre la généralité de la situation, ce problème rentre dans le cadre de la caractérisation de surfaces textiles ou pileuses dont les propriétés mécaniques sont difficilement accessibles étant donnés les matériaux et les échelles considérés

Doigt artificiel pour frottement sur surfaces pileuses

Le but est de concevoir un doigt artificiel pour remplacer l'humain lors d'essais de frottement sur des surfaces textiles. Pour cela, des essais de frottement alternatifs ont été réalisés et l'évolution du coefficient de frottement sur un cycle entre des étoffes et les doigts (humain ou artificiel) a été comparée. Tout d'abord, le signal de frottement entre la surface pileuse et le doigt humain a été étudié pour dix sujets. Ensuite, le doigt artificiel a été conçu par mimétisme en étudiant l'influence des principaux critères morphologiques et mécaniques du doigt (la forme, le relief, le module d'Young) sur le signal de frottement

Profilo- pilosimètre pour matériaux fibreux souples

Cette étude présente l'intérêt d'utiliser la souplesse des matériaux textiles afin de présenter l'échantillon de telle sorte qu'il soit éclairé en incidence rasante ce qui permet d'une part de caractériser les fibres émergeant de la surface qui forment une pilosité superficielle et d'autre part de mesurer le profil de la surface. En éclairant tangentiellement une surface textile par une lumière cohérente on obtient l'ombre du relief de la structure ainsi que la pilosité. Une image laissant apparaître les poils et la structure en noir sur un fond blanc saturé est alors obtenue. La suppression de la composante continue à l'aide d'un filtre spatial optique permet d'obtenir les fibres et le relief de la structure en blanc sur un fond noir. Ensuite, la structure et la pilosité peuvent alors être optionnellement séparés par traitement d'images. Chaque information profil et pilosité est ensuite filtrée numériquement et de façon spécifique pour pourvoir être exploitée

Influence of Wear on the Sizing Layer and Desizing of Single Carbon Fibre-to-Fibre Friction

Carbon fibres are sized for use in the reinforcement of composite materials. The purposes for sizing include improving yarn cohesion, which is necessary for the weaving process, and increasing the adhesion between the fibres and the matrix. Nevertheless, during weaving, some fibrillation can occur, and that has detrimental effects on the weaving productivity and on the composite's properties. The purposes of this research were: (a) to determine whether abrasive wear between sliding fibres would modify the sizing and (b) to study the influence of sizing on the friction between fibres. The same type of carbon fibre was subjected to different desizing processes. The coefficient of friction between single fibres was obtained before and after desizing. The effects of sizing and sliding distance on frictional behaviour were investigated, and are related to the observed the wear of sizing layer. In fact, it increased with sliding distance and induced a decrease in the coefficient of friction. Moreover, an efficient desizing process induced a decrease of the coefficient of friction

COSTaM : tool design for a controlled tactile stimulation

Tactile stimulation is used in the rehabilitation of damage to the central or peripheral nervous system and in brain injury recovery. Tactile deficits of the hand are currently diagnosed through the evaluation of pain thresholds, spatial discrimination, vibration sensitivity and by using filaments or tuning forks, without truly established protocols. The global goal of the COSTaM project is to develop a tactile stimulator to identify tactile disorders and allow specific rehabilitation. The first step is to study the response of healthy individuals to complex textures in different ways : perceptive discrimination, study of friction and vibration between textures and the finger and the response of each kind of cutaneous mechanoreceptor. Three kinds of real textures have been chosen: relief, braking and fibrous. The use of a tactile stimulator, based on the modulation of the coefficient of friction with the finger, has been validated for the simulation of the braking descriptor