Simulation of 3D interlock composite preforming

The ply to ply interlock fabric preform enables to manufacture, by R.T.M. process, thick composite parts that are resistant to delamination and cracking. Numerical simulation of interlock reinforcement forming allows to determine conditions for feasibility of the process and above all to know the position of fibres in the final composite part. For this forming simulation, specific hexahedral finite elements made of seg- ment yarns are proposed. Position of each yarn segment within the element is taken into account. This avoids determination of a homogenized equivalent continuous law that would be very difficult consider- ing the complexity of the weaving. Transverse properties of fabric are taken into account within a hyp- oelastic constitutive law. A set of 3D interlock fabric forming simulations shows the efficiency of the proposed approach

Influence of consolidation process on voids and mechanical properties of powdered and commingled carbon/PPS laminates

Relations between autoclave consolidation process, microstructure and mechanical properties of thermoplastic composite laminates were investigated. For this purpose, two different carbon fibers/PPS semi-pregs were used for laminate manufacturing: a powdered fabric and a commingled fabric with stretch broken fibers. Laminates with [0°]6 stacking sequence were consolidated in autoclave. Several consolidation levels were established by varying process parameters which are external pressure, vacuum level and consolidation duration. Microstructural characterization was performed by using matrix digestion and CT-scanning to identify void content and morphology. Laminate mechanical properties in tensile, bending, compressive and interlaminar shear were also assessed. External pressure increase by 0.5MPa leads to void content reduction of 2.1% for powdered system and 5.4% for commingled system. The rising consolidation duration contributes slightly to void content decrease. Bending and interlaminar failure stress are the most sensitive to void level with a dependency on void size and location. Results acquired allow to identify main settings for optimized consolidation cycles which could be used for thermoplastic composite part manufacturing with complex shape

Test methods for measuring pure mode III delamination toughness of composite

This paper focuses on the characterization of pure mode III delamination behavior of composite mate- rials. The development for pure mode III delamination testing methods is reviewed. Two testing methods for mode III experiments were evaluated: a novel test proposed in our previous study, termed Edge Ring Crack Torsion (ERCT) test, and the widely used Edge Crack Torsion (ECT) test. The two methods were compared by experiment and finite element analysis. The results demonstrate the advantage of ERCT. The limitations of the ECT test are discussed

Experimental investigation of impact behavior of wood-based sandwich structures

Low carbon emission and sustainable development are shared goals throughout the transportation industry. One way to meet such expectations is to introduce lightweight materials based on renewable sources. Sandwich panels with plywood core and fiber reinforced composite skins appear to be good candidates. Additional properties of wood such as fire resistance or thermal and acoustic insulation are also essential for many ap- plications and could lead to a new interest for this old material. In this paper, Sandwich panels with two different types of plywood and four different skins (aluminum and glass, CFRP, or flax reinforced polymer) are tested under low-velocity/low energy impacts and their behavior is discussed

Manufacturing and quasi-static bending behavior of wood-based sandwich structures.

The quasi-static behavior of innovative wood based sandwich structures with plywood core and skins made either of aluminum or of fiber reinforced polymer (carbon, glass or flax composite skins) was investigated. The wood based sandwich structures were subjected to three point static bending tests to determine their strength and failure mechanisms. Two different manufacturing processes, namely vacuum bag molding and thermo-compression, were used to manufacture the structures. The influence of some aspects of the different manufacturing processes on the flexural behavior of wood based sandwich structures are discussed. It is shown that manufacturing processes influence strongly the static responses. Failure modes and strengths are investigated during quasi-static bending tests. Bending tests showed that the mechanical characteristics were very high compared to those of a reference sandwich that is currently used for civil aircraft floors. This new kind of structure is environmentally friendly and very cheap, and seems promising for the transportation industry in general

Peut-on avoir confiance en les valeurs des propriétés mécaniques des fibres individuelles de lin?

Les composites renforcés par des fibres végétales font l’objet de nombreux travaux tant à l’échelle nationale qu’à l’échelle internationale. Dans ce cadre, on cherche à évaluer le potentiel de renforcement de ces fibres via différents essais dont des tests de performances mécaniques. Ces essais sont réalisés lorsque c’est possible et lorsque les fibres sont assez longues sur des fibres individuelles et non sur des fibres techniques afin d’éviter les erreurs dues à la taille des faisceaux de fibres et aux fibres qui potentiellement ne participeraient pas à l’effort mécanique. Une norme a donc été mise au point [1]. Cette norme a été à l’origine principalement prévue pour l’évaluation des propriétés de traction des fibres individuelles de lin et de chanvre. Dans cette norme, il est recommandé de fixer les fibres individualisées au préalable sur des cadres en papier et d’effectuer un certain nombre de mesures de diamètres locaux au microscope optique afin d’évaluer un diamètre moyen en considérant que la fibre peut être représentée par un modèle cylindrique. L’évaluation d’un diamètre moyen est indispensable pour pouvoir évaluer les propriétés de contrainte à la rupture et de rigidité (module élastique) qui sont utilisées lorsque qu’on souhaite comparer les performances des fibres par exemple ou pour la conception de composite si on considère que les fibres sont individualisées au sein du composite

Utilisation de la corrélation d'images pour le suivi de la mise en forme de renfort textile dans le cadre de la fabrication de pièces composites pour l'aéronautique

Depuis plusieurs années, les matériaux composites sont utilisés dans le domaine de l'aéronautique pour la mise en ?uvre de pièces structurelles ou semi-structurelles. La complexité géométrique de ces pièces nécessite l'utilisation de préformes textiles avec intégration de fils polymère par voie de comélage ou de cotissage. L'utilisation croissant de résines thermoplastiques pour des raisons de recyclabilité, de tenue en température et de rapidité de mise en ?uvre, rendent ces derniers procédés très attrayants. Durant la mise en forme d'un renfort textile, du fait du comportement non-linéaire en cisaillement plan des tissus, des rigidifications locales des préformes apparaissent. Ces discontinuités impactent les propriétés mécaniques et la santé matière de la pièce composite finale. Des essais de mise en forme de préformes textiles sur des géométries complexes permettent d'analyser le comportement en déformation du semi-produit. Ils permettent également d'établir des stratégies de préparation du tissu à mettre en forme en vue d'optimiser la qualité finale de la pièce composite. Des travaux de recherche se sont intéressés à l'optimisation de la mise en forme de renfort sec et à l'apparition de défauts à travers le choix et le dimensionnement des serre- flans. Bien que des études s'intéressent à la mesure de la déformation d'une préforme essentiellement par suivi de marqueurs sur le tissu ou la projection de franges, peu d'études utilisent la stéréocorrélation d'images. L'objectif de ces travaux est de déterminer les propriétés mécaniques finales d'une pièce composite à partir de la mise en forme du renfort textile, en utilisant un suivi du champ de déformation par des bancs de stéréocorrélation d'images. Une première étape a permis de caractériser le semi-produit par essai Bias Test. Ces essais ont déterminé le comportement en cisaillement en terme de couple surfacique/angle de cisaillement ainsi que l'angle de blocage en cisaillement pour un tissu comélé SCHAPPE C/PPS. Cette dernière grandeur est caractéristique du changement de comportement mécanique linéaire/non-linéaire et d'une forte rigidification d'un tissu. L'obtention des angles de cisaillement dans l'éprouvette est basée sur la généralisation d'une méthode de mesure par corrélation d'images développée précédemment dans Icasoft. Une deuxième étape a consisté au développement d'un essai de drapabilité sur des formes complexes caractéristiques de pièces aéronautiques. Cet essai a été instrumenté par un système à quatre caméras, afin de suivre le champ de déformation du tissu par corrélation d'images. Ce champ de déformation a été lié à l'angle de blocage du tissu. Il est ainsi possible de suivre, au cours d'un essai de drapabilité, le changement de comportement mécanique (linéaire/non-linéaire) du tissu. La troisième étape a consisté à relier les propriétés mécaniques de la pièce composite aux déformations du renfort fibreux. Pour cela, des éprouvettes sont découpées dans la pièce finale. Les propriétés mécaniques obtenues suivant les zones sont reliées aux déformations du renfort textile. Ceci permet de relier les propriétés de la pièce composite au fait que le renfort textile a atteint son angle de blocage ou non. Les premiers résultats montrent que l'angle de blocage pour un tissu comélé SCHAPPE C/PPS est de 39°. Les essais de drapabilité sur une géométrie hémisphérique ont permis d'identifier les zones les plus déformées, qui correspondent aux zones où l'angle de blocage en cisaillement est atteint, i.e. aux zones de rigidification du tissu. Enfin, la troisième partie est en cours de finalisation. Cette étude permettra à long terme d'améliorer les propriétés mécaniques des pièces composites utilisées dans l'aéronautique, en évitant les zones de rigidification durant la mise en forme des renforts textiles. Il est envisagé de développer, à moyen terme, un modèle mécanique pour faire le lien entre les déformations et les propriétés mécaniques de la pièce composite

Study of solutions to optimize the extraction of hemp fibers for composite materials

Fibres from hemp stems can be extracted through different mechanical processes following dew or water retting etc. Extraction processes generally have a significant impact on mechanical and morphological properties of the fibres. In this study, hemp fibres are extracted following three different ways. In the first route hemp fibres are extracted from FUTURA 75 variety stems by performing scutching, hackling and microwave degumming. A second batch of fibres of the same variety was extracted by scutching and hackling after an initial microwave degumming treatment. In the third route, the same variety of hemp fibres are extracted from dew retted stems grown at Piacenza (Italy). Finally, the mechanical properties of single fibres as well as the fineness of technical fibres of all types of extracted fibres are evaluated and compared and the interest of the microwave degumming for hemp stem is evaluated

Study of the tow buckling defect during the complex shape forming of synthetic and vegetal fibre reinforced structural composites

Fibrous reinforcements for structural composites manufacturing need to undergo in certain cases a complex shape forming process during which multiple defects could appear. These defects, such as tow buckling and tow sliding may reduce the integrity of the final part. The onset of these defects depends on the initial loading conditions, the shape of the preform and the characteristics of the textile material. While mechanisms behind the formation and development of both defects are yet to be fully understood. We focused, in this work, on investigating the buckling defect. In order to do so, we used optical field measurement techniques to monitor the kinematics of the defect appearance and predict it via an adapted analytical model of the defect appearance

Experimental, analytical and numerical investigation to prevent the tow buckling defect during fabric forming

We investigate the causes, kinematic and possible ways to prevent the tow-buckling defect during the complex shape-forming of a dry woven reinforcement. Macro-scale compression leads to wrinkles; we focus on a meso- scale phenomenon generated by a non-uniform axial compression of the tow due to in-plane bending. An ex- perimental study is presented, followed by an efficient method to predict the onset of the tow-buckling defect. This investigation is based on the combination of an experimentally validated analytical approach, with a macro- scale simulation of the forming process for a single fabric layer. A particular focus is given to the resulting tow curvatures that allows us to predict the zones of high tow buckling probability. The relatively simple numerical approach based on Lagrange assumptions does not take into account tow slippage. However, for most cases, where buckles appear before slippage, this approach alleviates the compulsory need for an expensive meso-scale representation