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Thèse Année : 2023

FE DIC potential for the mechanical characterization of textile reinforcements

Potentiel de la CIN-EF pour la caractérisation mécanique de renforts textiles

Taiwei Xu
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1333243
  • IdRef : 274190478

Résumé

For composite materials with a thermoplastic matrix, the shaping of the textile reinforcement has a direct impact on the mechanical properties of the consolidated composites. However, measuring textile reinforcement materials using non-destructive techniques poses challenges due to their physical properties, structure, large deformation, and complex kinematics. To address this measurement error issue, the performance of "global" digital image correlation by finite elements (FE-DIC) is parametrically studied from various perspectives in relation to the mechanical properties of textile reinforcements. This research project is divided into three distinct parts. The first part involves conducting bias tests on several typical reinforced fabrics, such as glass fabric, carbon fabric, and carbon/PPS fabric. The measurement method entails determining the displacement field using the FE-DIC method to regularize the displacement field and exchange it with the facilitated simulation. The analysis of results involves calculating and comparing the ultimate error and residuals by varying the mesh size and mesh orientation to identify the most suitable parameters. The second part proposes two FE-DIC-based algorithms qualified by correlation residuals, which are used to reduce errors resulting from large deformations. The last part proposes an in situ test approach based on X-ray micro-tomography at the yarn scale, providing a feasible method to study inter-yarn kinematics and establish a link between experiments and numerical simulations. The results of these three research subjects significantly contribute to reducing measurement errors associated with tracking displacement fields and deformation fields.
Pour les matériaux composites à matrice thermoplastique, tout comme pour d'autres types de matériaux composites, la mise en forme du renfort textile a un impact direct sur les propriétés mécaniques des matériaux composites consolidés. Dans le but de réduire les erreurs de mesure, les performances de la corrélation "globale" d'images numériques par éléments finis (CIN-EF) sont étudiées de manière paramétrique, en se focalisant sur les propriétés mécaniques des renforts textiles sous différentes perspectives. Ce projet de recherche est divisé en trois parties distinctes. La première partie concerne les essais de traction réalisés sur plusieurs types de tissus renforcés courants, tels que le tissu de verre, le tissu de carbone et le tissu de carbone/PPS. La méthode de mesure consiste à mesurer le champ de déplacement à l'aide de la méthode CIN-EF afin de régulariser le champ de déplacement et d'échanger avec les simulations assistées. Dans l'analyse des résultats, l'erreur ultime et les résidus sont calculés et comparés en faisant varier respectivement la taille du maillage et l'orientation du maillage, afin de trouver les paramètres les plus appropriés. La deuxième partie consiste à proposer deux algorithmes basés sur CIN-EF qualifiés par les résidus de corrélation, qui sont utilisés pour réduire les erreurs générées par les grandes déformations. Enfin, la dernière partie propose une approche de test in situ basée sur la micro-tomographie aux rayons X à l'échelle de la chaîne, qui fournit une méthode réalisable pour étudier la cinématique inter-chaînes et établir un lien entre les expérimentations et les simulations numériques. Les résultats de ces trois sujets de recherche permettent de réduire de manière significative les erreurs de mesure issues du suivi des champs de déplacement et des champs de déformation.
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2023TOU30158b.pdf (11.23 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04382803 , version 1 (09-01-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04382803 , version 1

Citer

Taiwei Xu. FE DIC potential for the mechanical characterization of textile reinforcements. Material chemistry. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2023. English. ⟨NNT : 2023TOU30158⟩. ⟨tel-04382803⟩
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