Contribution À la Modélisation Multi-échelle Des Matériaux Composites PDF Download
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Author: Adjovi Abueno Kanika C-M. Koutsawa-Tchalla Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 0
Book Description
We propose in this thesis several approaches for improving the multiscale modeling and simulation of composites' behavior. Accurate and reliable modeling of the mechanical response of composite materials remains a major challenge. The objective of this work is to develop simplified methodologies based on existing homogenization techniques (numerical and analytical) for efficient prediction of nonlinear behavior of these materials. First choice has been focused on the Mean-field homogenization methods to study the elasto-plastic behavior and ductile damage phenomena in composites. Although restrictive, these techniques remain the best in terms of computational cost and efficiency. Two methods were investigated for this purpose: the Incremental Scheme Micromechanics (IMS) in One-site modeling and the Mori-Tanaka model in multi-site modeling (MTMS). In the framework of elastoplasticity, we have shown and validated by finite element method that the IMS homogenization results are more accurate, when dealing with high volume fraction composites, than the Mori-Tanaka model, frequently used in the literature. Furthermore, we have extended the Mori-Tanaka's model (MT) generally formulated in One-site to the multi-site formulation for the study of elasto-plastic behavior of composites with ordered microstructure. This approach shows that the multi-site formulation produces consistent results with respect to finite element and experimental solutions. In the continuation of our research, the Lemaître-Chaboche ductile damage model has been included to the study of elasto-plastic behavior in composite through the IMS homogenization. This latest investigation demonstrates the capability of the IMS model to capture damage effects in the material. However, the issue on the loss of ellipticity was not addressed. Finally we develop a numerical homogenization tool based on computational homogenization. This novel numerical tool works with 2D and 3D structure and is fully integrated in the conventional finite element code ABAQUS through its subroutine UMAT. The (FE2) method offers the advantage of being extremely accurate and allows the handling of more complex physics and geometrical nonlinearities. Linear and non-linear cases were studied. In addition, its combination with ABAQUS allows the use of major resources provided by this software (a panel of toolbox for various mechanical, thermomechanical and electrical analysis) for the study of multi-physics problems. This work was validated in the linear case on a two-scale analysis in bending and compared to the multi-scale method ANM (Nezamabadi et al. (2009)). Extensive work will be needed later with applications on non-linear problems to highlight the value of the developed tool.
Author: Adjovi Abueno Kanika C-M. Koutsawa-Tchalla Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 0
Book Description
We propose in this thesis several approaches for improving the multiscale modeling and simulation of composites' behavior. Accurate and reliable modeling of the mechanical response of composite materials remains a major challenge. The objective of this work is to develop simplified methodologies based on existing homogenization techniques (numerical and analytical) for efficient prediction of nonlinear behavior of these materials. First choice has been focused on the Mean-field homogenization methods to study the elasto-plastic behavior and ductile damage phenomena in composites. Although restrictive, these techniques remain the best in terms of computational cost and efficiency. Two methods were investigated for this purpose: the Incremental Scheme Micromechanics (IMS) in One-site modeling and the Mori-Tanaka model in multi-site modeling (MTMS). In the framework of elastoplasticity, we have shown and validated by finite element method that the IMS homogenization results are more accurate, when dealing with high volume fraction composites, than the Mori-Tanaka model, frequently used in the literature. Furthermore, we have extended the Mori-Tanaka's model (MT) generally formulated in One-site to the multi-site formulation for the study of elasto-plastic behavior of composites with ordered microstructure. This approach shows that the multi-site formulation produces consistent results with respect to finite element and experimental solutions. In the continuation of our research, the Lemaître-Chaboche ductile damage model has been included to the study of elasto-plastic behavior in composite through the IMS homogenization. This latest investigation demonstrates the capability of the IMS model to capture damage effects in the material. However, the issue on the loss of ellipticity was not addressed. Finally we develop a numerical homogenization tool based on computational homogenization. This novel numerical tool works with 2D and 3D structure and is fully integrated in the conventional finite element code ABAQUS through its subroutine UMAT. The (FE2) method offers the advantage of being extremely accurate and allows the handling of more complex physics and geometrical nonlinearities. Linear and non-linear cases were studied. In addition, its combination with ABAQUS allows the use of major resources provided by this software (a panel of toolbox for various mechanical, thermomechanical and electrical analysis) for the study of multi-physics problems. This work was validated in the linear case on a two-scale analysis in bending and compared to the multi-scale method ANM (Nezamabadi et al. (2009)). Extensive work will be needed later with applications on non-linear problems to highlight the value of the developed tool.
Author: Huu Kien Bui Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 117
Book Description
Grâce à leurs excellentes performances mécaniques, l'intérêt des composites à fibres de carbone n'a pas cessé de croître ces dernières décennies. Cependant, le développement à grande échelle de ces matériaux passe par une amélioration des procédés utilisés pendant les différentes étapes du cycle de vie (élaboration, formage, assemblage, contrôle, recyclage). À différents stades du cycle de vie du matériau, les méthodes de Contrôle Non Destructif (CND) permettent de caractériser l'état d'intégrité du matériau. Elles jouent un rôle indispensable dans le contrôle de la qualité et dans la gestion des risques. Le CND par thermographie inductive, basé sur les mesures de l'effet thermique des courants de Foucault dans le matériau, est une technique prometteuse pour ce type de matériau. Le développement de cette méthode et la conception de dispositifs nécessitent un outil de simulation multiphysique électromagnétique et thermique. Le développement d'un tel modèle se heurte aux problématiques de l'évaluation des courants induits dans des régions minces et fortement anisotropes. Les outils de simulation développés durant cette thèse permettent d'avoir des temps de calcul raisonnables tout en conservant des précisions acceptables sur les solutions numériques. Ces outils ont été validés par des comparaisons avec des essais expérimentaux et permettent ainsi d'évaluer précisément les performances de cette technique de CND.
Author: Javad Fouladgar Publisher: John Wiley & Sons ISBN: 1118563085 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 255
Book Description
This book concerns the analysis and design of induction heating of poor electrical conduction materials. Some innovating applications such as inductive plasma installation or transformers, thermo inductive non-destructive testing and carbon-reinforced composite materials heating are studied. Analytical, semi-analytical and numerical models are combined to obtain the best modeling technique for each case. Each model has been tested with experimental results and validated. The principal aspects of a computational package to solve these kinds of coupled problems are described. In the first chapter, the mathematical tools for coupled electromagnetic and thermal phenomena are introduced. In Chapter 2, these tools are used to analyze a radio frequency inductive plasma installation. The third chapter describes the methodology of designing a low frequency plasma transformer. Chapter 4 studies the feasibility of the thermo inductive technique for non-destructive testing and the final chapter is dedicated to the use of induction heating in the lifecycle of carbon-reinforced composite materials. Contents 1. Thermal and Electromagnetic Coupling, Javad Fouladgar, Didier Trichet and Brahim Ramdane. 2. Simplified Model of a Radiofrequency Inductive Thermal Plasma Installation, Javad Fouladgar and Jean-Pierre Ploteau. 3. Design Methodology of A Very Low-Frequency Plasma Transformer, Javad Fouladgar and Souri Mohamed Mimoune. 4. Non Destructive Testing by Thermo-Inductive Method, Javad Fouladgar, Brahim Ramdane, Didier Trichet and Tayeb Saidi. 5. Induction Heating of Composite Materials, Javad Fouladgar, Didier Trichet, Samir Bensaid and Guillaume Wasselynck
Book Description
Les tisseurs "interlock 2.5D" appartiennent à la famille des composites tridimensionnels. Ils apparaissent pour les applications avancées (aéronautiques, spatial, automobile,...) à cause de leurs avantages sur les tisseurs bidimensionnels, surtout en ce qui concerne les bonnes propriétés mécaniques dans la troisième direction (Z). La modélisation des propriétés mécaniques de ce type de composites peut être faite à l'aide de modèles numériques ou analytiques. L'évaluation des propriétés mécaniques par une étude expérimentale donne des résultats plus précis en comparant avec ceux obtenus par les modèles numériques, or le cout important consommé des machines et les échantillons réels des matériaux utilisés, impose la recherche d'une méthode numérique fiable. Partant de ce constat, une nouvelle méthodologie de construction du maillage du volume élémentaire représentatif 'VER' est proposée. La technique consiste à mailler en tétraèdres la matrice (de comportement isotrope) et en hexaèdres les mèches (de comportement isotrope transverse). Afin de réaliser la discrétisation, un modèle géométrique est développé à partir de mesures prises par photomicrographie sur un matériau fourni par une société aéronautique. Le logiciel industriel "Ansys Academic Associate" est utilisé pour résoudre le problème. Des délaminages possibles sont pris en compte grâce à des interfaces de contact. Les rigidités, dépendantes de ces endommagements possibles, sont déterminées dans les trois directions et sont comparées avec les résultats expérimentaux (suivant la direction de trame Y pour le Tisseur4-69) et un modèle analytique. Au-delà des résultats satisfaisants pour le comportement élastique (en accord avec les résultats expérimentaux), le domaine endommagé par un délaminage apparaît correctement décrit, en ayant recours à une approche cohésive privilégiant les concepts de la Mécanique Linéaire Elastique de la Rupture, associés aux sollicitations des Modes I et II.
Book Description
Dans cette thèse, les méthodes multi-echelles ont été utilisées afin de décrire le comportement d’un matériau composite à matrice organique, composé de bandes de renforts unidirectionnelles orientées aléatoirement dans le plan du pli. Une approche à champ moyen (modèles de Mori-Tanaka et autocoherent) a permis de calculer les propriétés mécaniques du composite via une procédure en deux étapes. Les difficultés liées a la coexistence dans le matériau de plusieurs morphologies d’inclusions ont été levées via a une généralisation du modèle autocohérent. Ce modèle a aussi permis de calculer les contraintes locales de service dans le composite. Les contraintes dans les bandes UD ont également été calculées via une approche à champ complet périodique utilisant les éléments finis, montrant ainsi les avantages et les limites des approches à champs moyens. En s’appuyant sur une description du comportement de la résine selon la température et le degré de réticulation, l'évolution des propriétés du composite et des contraintes résiduelles locales (dues au retrait thermochimique de la résine) a pu être déterminée tout au long du cycle de fabrication, pour différentes contraintes appliquées au composite. La problématique des déformations résiduelles de fabrication des pièces composites a également été abordée, en se focalisant notamment sur le phénomène de retrait angulaire des équerres du à l’anisotropie du matériau. Les éléments finis ont permis de simuler ce retrait ainsi que les interactions moule-piece, en tenant compte de l'évolution des propriétés mécaniques de l'équerre. La possibilité d’utiliser un moule composite pour cuire des pièces composites a également été évaluée
Author: Peng Wang Publisher: Elsevier ISBN: 0443215790 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 667
Book Description
Advanced Structural Textile Composites Forming: Characterization, Modeling, and Simulation comprehensively describes the influence of fiber/fabric architectures and properties on composites forming, along with their deformability and structural optimization, covering the latest advances in the composites forming field. Part one reviews textile reinforcement architectures and discusses the forming behaviors of important 2D and 3D fabrics. Part two discusses numerical models to conduct simulation analysis of different structural composites forming at mesoscopic and macroscopic scales, in particular, 3D preforms with through-the-thickness yarns. Part three looks at the latest developments in the relationship between forming and other steps in composite manufacturing, such as resin injection, and automated fiber placement (AFP) and the effects on certain mechanical properties, such as structural damage and impact resistance. The book will be an essential reference for academic researchers, industrial engineers and materials scientists working with the manufacture and design of fiber-reinforced composite materials. Describes the influence of the fiber/fabric architectures and properties on composites forming, along with their deformability and structural optimization Provides numerical modeling and simulation of different fiber-reinforced composites forming at mesoscopic and macroscopic scales, in particular, reinforcements with discontinue fibers, and 3D preforms with through-the-thickness yarns Discusses cutting edge topics such as resin injection, and automated fiber placement (AFP) and the effects of forming results on mechanical properties such as structural damage and impact resistances
Author: Richard Ntenga Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 184
Book Description
Il est nécessaire de connaître les propriétés mécaniques des fibres végétales pour garantir la fiabilité des structures en composites à base de ces fibres. L'objectif poursuivi au cours de cette thèse était donc de développer une méthodologie de modélisation et de caractérisation de l'anisotropie élastique des fibres végétales. L'étude menée est de type multi-échelle, ce qui a permis de prendre en compte la stucture hiérarchique responsable des caractéristiques globales de la fibre, dans une modélisation numérique par éléments finis des propriétés élastiques. Le travail expérimental s'est focalisé, d'une part, sur la caractérisation morphologique et physico-chimique d'une nouvelle fibre végétale le Rhecktophyllum camerunense (RC) et d'autre part, sur la mise en oeuvre et caractérisation des composites unidirectionnels Sisal/Epoxyde et RC/Epoxyde. Les données obtenues ont été intégrées dans un modèle micromécanique avéré afin d'estimer complètement les propriétés élastiques des fibres végétales utilisées
Book Description
Une bonne performance des matériaux composites repose sur une maîtrise des physiques selon lesquelles évoluent les morphologies à différentes échelles du matériau lors de son procédé de mise en forme. La résolution des équations de cette multiphysique tenant compte des interactions entre les différentes échelles requiert des outils de calculs numériques multi échelles telles que l'homogénéisation qui pose le plus souvent des problèmes de temps de calcul du fait du grand nombre de degrés de liberté résultant de la forte hétérogénéité des microstructures en question, ainsi que le problème de récurrence des calculs pour chaque VER du maillage grossier. Le travail présenté reprend au début la séparation de phases, un phénomène physique récurrent dans les mélanges de polymères, le couplage avec la rhéologie de l'écoulement généré par la diffusion résultant de la séparation. Les morphologies générées sont homogénéisées en seconde étape en proposant de nouvelles idées de calcul se basant sur l'idée de réduction dimensionnelle. Enfin, on reprend la séparation de phase dans un cadre plus général de physique statistique où les fluctuations stochastiques de composition sont intégrées dans la description du mélange
Author: Abdoulaye Ba (Auteur d'une thèse en Génie électrique).) Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
Book Description
À différents stades du cycle de vie du matériau composite, les méthodes de Contrôles Non Destructifs (CND) permettent de caractériser son état d'intégrité. Elles jouent un rôle indispensable dans le contrôle de la qualité et dans la gestion des risques. Les principales exigences du CND sont la capacité de détecter et de discriminer les défauts de différentes natures, le dimensionnement précis des défauts, l'inspection et l'interprétation rapide et fiable, la capacité d'inspection des structures de formes complexes. En regard à ces besoins, les matériaux composites de natures très complexes (hétérogénéité, anisotropie forte et multi-couches) posent encore des problèmes pour les méthodes actuelles de CND. Les travaux présentés dans cette thèse s'inscrivent dans le cadre du projet européen NDTonAIR et portent sur le développement d'une plateforme de modélisation multi-physique et multi-échelle pour le CND des matériaux composites à fibres de carbone par les techniques des courants de Foucault et thermographie inductive. Ils visent à améliorer les codes de calcul par éléments finis en 3D de l'IREENA. Le développement de tels outils de simulation se heurte à des problématiques de modélisation difficiles liées notamment à la nature complexe des structures des composites et la nécessité d'utiliser des fréquences électromagnétiques élevées (jusqu'à quelques Mégahertz) afin d'injecter suffisamment de puissance dans ces matériaux très peu conducteurs. Dans les précédents travaux à l'IREENA, le temps de calcul des simulations est important, lié à la présence de conducteurs massifs exposés à un champ électromagnétique de fréquence élevée. C'est dans cette logique que nous proposons dans ce travail de thèse, une approche par éléments finis en 3D associés aux impédances de surface avec courant et tension imposés, dans le but de réduire les temps de simulations. Les outils numériques développés, ont été validés par une confrontation des résultats de simulations avec une solution analytique. Ils permettent aussi de concevoir un inducteur massif. L'identification de l'orientation des fibres de carbone dans un composite par la technique des courants de Foucault est également exploitée dans ces travaux.
Author: Adjovi Abueno Kanika C-M. Koutsawa-Tchalla
Author: Adjovi Abueno Kanika C-M. Koutsawa-Tchalla
Author: Alain Millard
Author: Huu Kien Bui
Author: Javad Fouladgar
Author: 
Author: Emmanuel Lacoste
Author: Peng Wang
Author: Richard Ntenga
Author: Hajer Lamari
Author: Abdoulaye Ba (Auteur d'une thèse en Génie électrique).)