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

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

Experimental and numerical characterization of mechanical behaviour of biocomposites beinforced by hemp fibres

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 growt

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

In 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 growthDans 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 matéria

Effect of hemp fibre morphology on the mechanical properties of vegetal fibre composite material

International audienceThe hemp fibres present specific fibre morphology and a complex non homogeneous cross section which changes in function of the location along the fibre length. Thus the mechanical properties of hemp fibres request a specific characterization method. In this study, firstly, a digital treatment method was developed allowing to consider different geometrical modelling methods: homogeneous or non-homogenous cross section, average global cross section, and cross section measured at the rupture location, including a 3D CAD model reconstruction of the fibre

Numerical simulation of composite hemp fibers behavior for aircraft application

International audienceHemp fibres are using as reinforcement for compounds based on polymer in different industrial manufacturing (aerospace and automotive) for their interesting mechanical and ecological properties. The hemp fibres present a non-constant cross section and complex geometry that can have a high effect on their mechanical properties. In this study, a micro-traction test coupled with a numerical imaging treatment and a finite elements method are used. The mechanical tensile test allows to determinate the evolution of the traction load in function of the displacement until the fibre crack. The used fiber are incorporate in plastic material is order to obtained PP/hemp reinforcement composite part. Static and dynamic tests are proposed in order to study trhe behaviour of green material subjected to tensile load

Mechanical modeling of hemp fibres behaviour using digital imaging treatment

International audienceThese last years, hemp fibres are using as reinforcement for compounds based on polymer in different industrial manufacturing for their interesting mechanical and ecological properties. The hemp fibres present a non constant cross section and complex geometry that can have a high effect on their mechanical properties. The mechanical properties of hemp fibres (Young moduli, longitudinal stress and failure strain) are rather difficult and request a specific characterization method. In this study, a micro-traction test coupled with a numerical imaging treatment and a finite elements method are used. The mechanical tensile test allows to determinate the evolution of the traction load in function of the displacement until the fibre crack. The numerical imaging allows to measure finely the hemp cross section along the fibre and aims to reconstruct a 3D hemp fibre object model from an image sequence captured by a mobile camera. And lastly, the finite elements method allows to take the real fibre geometry into consideration for the mechanical characterization using inverse optimization simplex method

Mechanical behaviour and properties characterization of hemp fibres

International audienceThese last years, hemp fibres have been used as reinforcement for compounds based on polymer for their interesting mechanical properties. The scientific knowledge about the mechanical behaviour of hemp fibres is little known and the characterisation processes adapted to this kind of fibres are rare. In this study, a mechanical characterisation process of hemp fibre tensile properties was investigated. A digital imaging treatment coupled to a micro-tensile test of hemp fibres was developed. The digital imaging allows to measure finely and take into account the real geometry of fibres in the characterization process. The results put in light the high scattering of hemp fibre properties. Tensile tests carried out show elementary hemp fibres present more interesting tensile properties than bundles

Effect of the fibre morphology and aging conditions on the mechanical properties of hemp fibers

International audienc

Effect of the fibre morphology and aging conditions on the mechanical properties of hemp fibers

International audienceIn this study, digital treatment method was developed in order to reconstruction of the 3D CAD of hemp fibre geometry. The influence of each aging condition (moisture, heat and UV aging) on the mechanical properties of hemp fiber is investigated by micro tensile tests. Different hemp fibre morphologies was presented and discussed. The results showed a high impact of the hemp fibre morphology on their mechanical properties (Young modulus, maximum stress and failure strain). The influence of aging conditions on the mechanical properties of hemp fibers is also investigated