Geometrical Draping of Nonwoven Fabrics

This paper presents an optimization-based kinematic method for simulation of forming processes of nonwoven-fabric-reinforced composites using geometrical approach. The geometrical approach allows the defining of the 3D ply shapes, 2D flat pattern, and fiber distortions. Some numerical simulations of draping are proposed and compared with the experimental results

Modeling and Optimization of Materials and Structures

Preface : The current economic and ecological context requires different industries towards the optimization of structures. One of the most striking examples is the soaring price of oil, which launched the major aircraft manufacturers Airbus and Boeing in a race to relief structures, to reduce their consumption. Therefore, the need of competitive products, both in terms of reliability, performance or operating cost, is pervasive and growing, aviation and elsewhere. Thus, work on the material parts by offering innovative solutions to reduce their weight and improve their performance (new materials, new processes, etc.) is essential and becomes more than ever a major industrial challenge. One way of increasing the selected aircraft is use of composite materials. Indeed, their high ratio mechanical / density properties and excellent resistance to environmental significantly improve the structural performance of the aircraft while generating a significant weight gain (20 to 30% weight of a structure). They were originally implemented in the design of secondary structures of aircraft, but improving their manufacturing processes and a better understanding of their mechanical properties and their degradation mechanisms are they now used for the manufacture of primary structures, such as the fuselage or the central box of an aircraft wing. If applications were rather the military origin, composites now particularly interested in civil aviation, the constraints are much stricter certification, which requires predictability of behavior and life of structures much finer Thus, at present, they account for over 50% of the mass of newer aircraft such as the Airbus A350, the Airbus A380 or the Boeing 787. The potential of composite materials is important, but will speak only on one condition: work not only on the basic constituents of the material (fibers, resin, ...) on the injection preparation conditions (methods, thermal cycle, shaped in the mold, ...) but also and above all on the function of the material in the structure. Indeed, the aterial is a component of a more complex system, consisting of parts, assemblies, subassemblies and the structure itself. This vision system involves understanding the material as parameters, not data, an overall optimization of the structure. This link between material and structure is evident for composites where fiber orientation, or reinforcements in a more general way, in the direction of efforts can greatly increase the performance / weight ratio. We understand that optimizing the structure requires, among other things, a design material to locally respond to the "just need" structural. The main objectives of this special issue (consisting mainly of a selection of papers presented at 5th International Symposium on AirCraft MAterials ACMA 2014) are, by means of modeling strategies and simulation out with conventional strategies, pushing the current limits in modeling and computation in response industrial and societal challenges. It is also to control the calculations and models in a framework that takes into account the major sources of uncertainty to optimize materials and structures. Particular attention is made to the modeling and validation of composite materials and structures

Une nouvelle approche dans la prise en compte de la déformation permanente et volumique induite par l’endommagement dans la mise en forme des structures caoutchoutiques

Cet article contribue au développement de nouveaux modèles de comportement pour la simulation de la mise en forme des élastomères chargés. Dans le cadre de la mécanique de l’endommagement continu, le modèle constitutif permet de prendre en considération la déformation permanente et la variation de volume induite par l’endommagement isotrope. Quelques exemples numériques sont présentés

Nouvelle approche pour la caractérisation mécanique des fibres naturelles

Les propriétés mécaniques des fibres naturelles sont difficiles à déterminer de part la dispersion qualitative des fibres et de part leur géométrie. Nous proposons une nouvelle méthode de caractérisation mécanique des fibres de chanvre qui permet de déterminer trois propriétés fondamentales que sont le module de Young, la contrainte et la déformation à la rupture. Pour cette étude, nous avons utilisé l'essai de micro-traction couplé à une méthode d'imagerie numérique et à la méthode des éléments finis. Ainsi par cette approche, la fibre n'est plus assimilée à un simple cylindre

Caractérisation expérimentale et numérique du comportement mécanique des agro-composites renforcés par des fibres de chanvre

Dans les travaux de cette thèse, des fibres extraites de la plante de chanvre et des agro-composites polypropylène renforcés par des fibres courtes ont été étudiés. Des essais de caractérisations expérimentales alliés à une modélisation numérique ont permis de comprendre et de déterminer leurs comportements mécaniques en tenant compte des considérations géométriques, des défauts naturels ainsi que la taille des fibres. De part leur nature, les fibres unitaires et les faisceaux de chanvre ont une structure, une forme et une composition complexe influençant leur comportement et leurs propriétés mécaniques. Les études menées dans cette thèse ont montré l influence des conditions de cultures et de la variété de chanvre sur les propriétés des fibres et des agro-composites. Concernant l agro-composite, d autres méthodes expérimentales à la fois optique et macroscopique ont été utilisées pour la caractérisation de son comportement. La méthode de corrélation d images sous diverses sollicitations mécaniques a mis en lumière l hétérogénéité du comportement local de ces matériaux, montrant ainsi la non-homogénéité des propriétés mécaniques. Une étude complémentaire a montré l influence de la répartition des fibres et du processus de fabrication des agro-composites sur l endommagement et la rupture du matériauIn this thesis, fibres extracted from hemp plant and bio-composites polypropylene reinforced by short hemp fibres was investigated. Experimental studies coupled to numerical modelling have enabled to understand and determined their mechanical behaviour taking into account the geometrical shape, the natural defects and the size of hemp fibres. Microscopic experimental method has enabled to characterize the unitary fibre behaviour independently of fibre bundles. Due to their vegetal origins, hemp unitary fibres and bundles present a complex morphology and structure which have an impact on the mechanical properties of composite. Studies carried out the effect of the growing conditions and hemp variety on the fibre behaviour.For the bio-composite material, optical and macroscopic experimental characterization methods were used in order to determine the behaviour of a polypropylene PP reinforced by hemp fibres. The imaging correlation method is also used to analyse the local behaviour showing the heterogeneity of PP/hemp fibres reinforced material. Moreover, complementary work showed the impact of the fibre distribution and the manufacturing process on the composite properties and the damage initiation and growthTROYES-SCD-UTT (103872102) / SudocSudocFranceF

Simulation de mise en forme de structures minces avec remaillage adaptatif couplé à une méthode d'optimisation

National audienceSee http://hal.archives-ouvertes.fr/docs/00/59/28/06/ANNEX/r_M3W4SQ60.pd

Méthode inverse pour la caractérisation du comportement de l'articulation du genou lors de rééducation

International audienceBien qu'elle soit largement étudiée dans la littérature, l'articulation du genou soulève encore de nombreuses questions quant à son comportement biomécanique et à sa rééducation. Située sur l'axe mécanique reliant la hanche et la cheville, elle doit, tout en assurant une grande mobilité au membre inférieur, supporter des actions mécaniques bien supérieures à celles engendrées par le simple poids du corps. Cette articulation, peu congruente comparée à l'articulation de la hanche et d'une structure plus complexe, est le lieu de nombreuses pathologies invalidantes d'origine biomécanique: chondrophaties articulaires, ruptures ligamentaires et des ménisques, luxation rotulienne. Isolée du système musculaire qui la contrôle, l'articulation du genou est un mécanisme instable. Les surfaces de contact (surfaces articulaires) entre fémur et tibia, et entre fémur et rotule sont géométriquement complexes. Leur cohésion est assurée par des liens déformables, les ligaments, composés de plusieurs faisceaux fibreux non parallèles entre eux. Le comportement mécanique de cette articulation est lié à la fois aux formes des surfaces articulaires en présence et à l'architecture des ligaments ainsi qu'à leurs raideurs respectives. Par une approche inverse du mouvement cinématique et statique du genou du patient en rééducation nous proposons de modéliser par simulation numérique de l'articulation du genou en s'appuyant sur une validation expérimentale réalisée au laboratoire LACM de l'URCA [1]. Cette modélisation est destinée à étudier l'impact de la géométrie osseuse et ligamentaire sur la cinématique intrinsèque de l'articulation afin de mieux comprendre son fonctionnement et le rôle des éléments la constituant. A terme, un tel modèle permet une compréhension fine de son fonctionnement et un meilleur diagnostic de ses pathologies et peut présenter un intérêt majeur pour la chirurgie réparatrice du genou et la conception des prothèses articulaires. La modélisation du comportement mécanique local du tibia et du fémur est basée sur des essais expérimentaux de micro-indentation sur os cortical. Les algorithmes d'optimisation (génétique) sont utilisés pour identifiés les paramètres matériau de l'os [2]. Le modèle développé est utilisé pour étudier par technique inverse l'impact de la géométrie osseuse et du comportement mécanique d'interface entre chaque élément (tibia, fémur, péroné, ménisque et ligaments) sur la cinématique intrinsèque 3D de l'articulation afin de mieux comprendre son fonctionnement et le rôle de chaque élément sur la rééducation des patients (voir figure ci-dessous) [3, 4]. Des comparaisons avec les résultats issus des essais réels de laboratoire sont effectuées sur les réponses globales des forces en fonction des déplacements au niveau des articulations

Remaillage surfacique 3D couplé à une nouvelle technique de projection

International audienceDés qu’il s’agit de modéliser le suivi d’une géométrie évolutive lors d’une opération de mise en forme, les difficultés de maillage et remaillage sont souvent mises en avant. Dans ce papier, nous présentons une stratégie de remaillage adaptatif basée sur des procédures de raffinement et déraffinement. Cette méthode a été couplée à une technique de projection des nouveaux nœuds sur les outils rigides afin de conserver le contact entre la pièce et ces outils. Des exemples numériques montrent l’efficacité de la méthode