33 research outputs found
A numerical approach to reconstruct mesoscopic yarn section of textile composites based upon X-ray micro-tomography
Get PDFMesoscopic model has been proven to impose crucial influence on predicting the damage and failure behavior of textile composites. In classical mesoscopic models, the section of yarn is usually simplified as circular, lenticular, ellipsoidal or more sophisticated shapes defined by power ellipse. A numeric tool is proposed in this work to reconstruct the yarn section based upon realistic geometry via X-ray micro-tomography techniques. The sectional shape of yarn is fit as polygon by connecting the selected key boundary points with Graham Scan convex hull algorithm. Improved Lubachevsky-Stillinger algorithm is then employed to drive the motion and growth of the fiber sections, which are considered as circles here, within the yarn boundary until the pre-assigned fiber volume fraction is reached. The proposed method shows excellent performance to model the localized fiber distribution. A representative size of the numeric model is determined following by a strength-geometry sensitivity research on different section models. Further investigation is completed to study the influence of fiber-matrix interface on the damage and failure behavior of the yarn. This approach can be used for arbitrary textile composite where the fiber can be taken as circle at microscale, as long as the real geometry of yarn is provided no matter by micro-tomography or other experimental observation techniques
Sequential damage study induced in fiber reinforced composites by shear and tensile stress using a newly developed Arcan fixture
Get PDFThis work presents the application of both uniaxial and bi-axial in-plane loads to unidirectional carbon fiber reinforced polymer laminates using a newly developed Arcan fixture, which is a reliable experimental set-up to obtain a uniform shear stress field in a butterfly specimen. The set-up can be used for both damage model validation and parameters identification at various fiber orientations while using the same specimens. A sequential damage study was completed to highlight the influence of diffused damage induced in pure shear on the fiber direction tensile behavior of the laminate. This was accomplished by applying load on the specimens in two steps: (i) the pure shear step and then unloading at approximately 70% of the shear failure strength, (ii) in the tensile step until final failure. A clear drop in the tensile behavior of the laminate was observed by the diffused damage induced in the first loading step of pure shear. The experimental study is also supplemented with numerical simulations using a nonlinear elasto-plastic coupled damage constitutive law by employing Puck’s failure theory for mesodamage activation. In addition to the damage pattern, the non-linear mechanical behavior in shear is predicted and found in good correspondence with the experimental results
Étude théorique et expérimentale des points chauds dans les organes de friction (application au freinage ferroviaire)
No full textLa chaleur générée par frottement dans les organes de friction, comme les systèmes de freinage ou les embrayages, induit des déformations thermiques non négligeables. Ainsi, l'augmentation continue des énergies et des puissances de freinage des systèmes ferroviaires, a conduit peu à peu les disques de freins vers leurs limites d'utilisation. Les points chauds macroscopiques représentent la sollicitation thermomécanique la plus endommageante dans le cas des disques de freins, pouvant conduire à la fatigue thermique oligocyclique et/ou à une diminution des performances du système de freinage. Afin de mieux appréhender ce phénomène, une caractérisation de ces gradients thermiques est représentée. Ainsi, les points chauds macroscopiques sont des zones de températures très élevées (pouvant dépasser les 1000 degrés C) réparties de manière périodique et antisymétrique sur les faces du disque. De plus, leur nombre dépend de la longueur de contact entre le disque et les garnitures. À partir de résultats numériques et expérimentaux, il en ressort également qu'ils peuvent être associés à une déformation structurale du disque en présence d'écoulement plastique.De par leurs intérêts théorique et industriel, de nombreuses approches ont déjà été développées pour étudier les points chauds. Les deux principales, qui sont les instabilités thermoélastiques et le flambage du disque, ont été appliquées au cas du freinage ferroviaire. Ces modélisations ont donné des valeurs incohérentes par rapport aux observations expérimentales. Une nouvelle approche, appelée déformation ondulatoire progressive du disque, est donc proposée. Elle associe les points chauds macroscopiques à un processus de formation évolutif en trois étapes. De par les intéractions entre les déformations thermomécaniques, le contact et la chaleur générée par frottement, une évolution du nombre d'ondulation est observée jusqu'à la stabilisation des points chauds macroscopiques. Ainsi, un scénario dit classique a pu être défini. L'influence de paramètres, tels que la longueur de contact ou la rigidité de la garniture, a également été étudiée. Cette étude théorique et expérimentale apporte des éclaircissements sur le phénomène des points chauds macroscopiques. La compréhension du mécanisme de formation doit permettre de proposer des dispositions constructives afin de repousser les limites des systèmes actuels de freinage.LILLE1-BU (590092102) / SudocSudocFranceF
Exploration of potential of Zylon and Aramid fibers to enhance the abrasive wear performance of polymers
No full textInternational audienceTwo series of composites based on two types of high performance fibers (aramid and liquid-crystalline polyoxazole) were developed by using two different base matrices viz. Polyetherimide (PEI) and Ultra-high-molecular-weight-polyethylene (UHMWPE). PEI based composites reinforced with fabrics of Zylon (liquid-crystalline polyoxazole) and Kevlar-49 (aramid) were developed by using an impregnation technique, while UHMWPE composite reinforced with fibers of Twaron (aramid) was developed by a novel co-mingling technique. These composites were evaluated for their abrasive wear performance under various loads and orientations against Silicon Carbide (SiC) abrasive paper in a single pass condition. These fabric reinforcements enhanced the abrasive wear performance up to 50% when the fabric was oriented normal to the sliding surface. However, the wear performance deteriorated when the fabric was oriented parallel to the sliding surface. Zylon fabric proved to be the most beneficial in maximizing the wear resistance of PEI matrix. These results were supported by the SEM studies done to understand the various possible wear mechanisms
Vers la fiabilisation d'un train de suspension automobile (études statique, vibratoire et tenue en fatigue)
No full textCe travail aborde la fiabilisation d'un train de suspension automobile à travers les aspects comportement statique , comportement vibratoire et tenue en fatigue . La modélisation des comportements statique et dynamique est d'abord réalisée par éléments finis. Les matériaux utilisés (aciers. élastomères) sont caractérisés expérimentalement et les paramètres nécessaires aux lois de comportement sont identifiés. Un premier sous-système comprenant le ressort et ses appuis est étudié numériquement et expérimentalement. La confrontation des résultats obtenus montre la robustesse du modèle. Un modèle de train de suspension automobile complet est ensuite réalisé et a permis d'étudier l'impact de différents éléments sur les principales prestations du train de suspension. Il est ainsi possible d'affiner la modélisation des éléments en fonction de leur influence. Une dernière partie s'intéresse à la tenue en fatigue des principaux éléments étudiés de la suspension (ressort et barre stabilisatrice). Deux démarches numériques de détermination des durées de vie sont utilisées et leurs solutions sont comparées aux résultats expérimentaux. On montre que, pour un chargement sinusoïdal à amplitude constante, les deux démarches numériques aboutissent à des résultats très proches entre eux et semblables à ceux des essais. Les chargements complexes sont abordés par l'établissement de chargements équivalents simples. Cette dernière démarche est appliquée à l'étude d'une barre stabilisatrice.This study deals with the reliability of a car suspension through three aspects namely "static behaviour", "dynamic behaviour" and "life". The static and dynamic behaviours are at first modelled by using finite element method. The behaviour laws of the materials used (steel, elastomer) are experimentally identified. A first subsystem including a spring with its seats is numerically and experimentally studied. A comparison between these results underlines the efficiency of the computational modelling. Then a full car suspension model is created and enables the analysis of the suspension performances with respect to various parameters to be carried out. The last chapter is dedicated to the fatigue life of the main studied elements of the suspension (spring and stabilizer bar). Two numerical processes are used and are compared to experimental results. It is shown that for a sinusoidalload with constant amplitude, both methods yield very close results which are also quite similar to experimental ones. An equivalence between complex random loading and simple constant amplitude loading is investigated through an application to a stabilizer bar.LILLE1-Bib. Electronique (590099901) / SudocSudocFranceF
Application de la méthode d'analyse simplifiée des structures inélastiques à la fatigue de contact
No full textLes dégradations observées dans les contacts soumis à des sollicitations de fretting apparaissent sous différentes formes en fonction des conditions de sollicitation. La prédiction de l'endommagement nécessite la connaissance du comportement des structures sous des chargements mécaniques qui varient périodiquement et peuvent induire ainsi des déformations irréversibles. Ceci conduit à une analyse inélastique des structures s'effectuant habituellement par l'utilisation de méthodes de type incrémentai. Dans le cas des chargements cycliques, ces méthodes amènent des coûts et des temps de calcul très élevés. Dans cette étude, nous nous sommes intéressés à la Méthode d'Analyse Simplifiée des Structures Inélastiques proposée par le Professeur Zarka et al. Elle repose, par un calcul purement élastique, sur la décomposition de la réponse réelle (en une partie élastique et une partie plastique) et sur un changement de variable qui pennettent de détenniner l'état limite d'une structure ainsi que les contraintes résiduelles et les déformations plastiques. Nous avons appliqué la méthode d'analyse simplifiée au fretting en utilisant une méthode de "chargement équivalent de contact". Après l'application de la MASSI au fretting, nous obtenons l'état stabilisé. Selon la nature de l'état stabilisé, le matériau subit de la fatigue à faible ou à grand nombre de cycles. Dans le cas de la fatigue polycyclique, on s'intéresse à la prédiciton de l'initiation des fissures dues au fretting fatigue avec un critère de fatigue.LILLE1-BU (590092102) / SudocSudocFranceF
