Approche meso-macro pour la simulation de la mise en forme des composites à renforts tissés
关键词:
fabrics/textiles, composites, forming, finite element, meso-macro摘要
A finite element made of woven unit cells under biaxial tension and in-plane shear is proposed for the simulation of fabric forming (macroscopic scale). The simulation is based on a simplified form of the virtual internal work accounting for tension and in-plane shear strain energy. The biaxial tensile properties and the in-plane shear properties (mésoscopic scale) can be determined by experiments or by mésoscopic 3D finite element analyses of the woven unit cell. These analyses are specific to woven materials. Especially, an hypoelastic law is presented using an objective derivative based on the fibre rotation. The results obtained by the simulations of the forming of a very unbalanced fabric on a hemispherical shape are compared to experiments. It is shown that the computation of wrinkles and of the deformed states when the locking angle is exceeded needs to take the in-plane shear stiffness into account.
##plugins.generic.usageStats.downloads##
参考
Baoxing C., Chou T.W., « Compaction of woven-fabric preforms in liquid composite molding
processes: single layer deformation », Composite Science and Technology, 59, 1999,
p. 1519-1526.
Ben Boubaker B., Haussy B., Ganghohher J.F., « Discrete models of woven structures
drapping and stability analysis », CRAS Paris, Série mécanique, 330, 2002, p. 871-877.
Ben Boubaker B., Haussy B., Ganghohher J.F., « Discrete models of fabrics accounting for
yarns interactions », Revue européenne des éléments finis, 2005, p. 653-676
Boisse P., Modèles Mécaniques et Numériques pour l’Analyse Non-Linéaire des Structures
Minces, Habilitation à Diriger des Recherches de l’Université de Franche-Comté, 1994.
Boisse P., Gasser A., and Hivet G., « Analyses of fabric behaviour: determination of the
biaxial tension-strain surfaces and their use in forming simulations », Composites Part A.,
-10, 2001, p. 1395-1414.
Boisse P., Zouari B., Gasser A., « A mesoscopic approach for the simulation of woven fibre
composite forming », Composites Science and Technology, 65, 2005, p. 429-436.
Buet K., Boisse P., « Experimental analysis and models for biaxial mechanical behaviour of
composite woven reinforcements », Experimental Mech., 41, 3, 2001, p. 260-269.
Crisfield M.A., Non linear finite element analysis of solids and structures, Vol. II, Advanced
topics, John Wiley & Sons, England, 1991.
Dafalias Y.F., « Corotational rates for kinematic hardening at large plastic deformations »,
Trans. of the ASME, J. of Ap. Mech., 50, 1983, p. 561-565.
Dienes J.K., « On the analysis of rotation and stress rate in deforming bodies », Acta
Mechanica, 1979, 32, p. 217-232.
Dumont F., Contribution à l’expérimentation et à la modélisation du comportement
mécanique de renforts de composites tissés, Thèse de doctorat, Université Paris 6, 2003.
Durville D., « Modélisation par éléments finis des propriétés mécaniques de structures
textiles : de la fibre au tissu », Revue Européenne des Eléments finis, 2002, 11, 2-3-4,
p. 463-477.
Gilormini P., Roudier P., ABAQUS and finite strain, Rapport interne LMT Cachan, 140,1993
Gilormini P., Rougée P., « Taux de rotation des directions matérielles dans un milieu
déformable », Comptes-rendus de l’Aca. des Sci. Paris, 318, Série II, 1994, p. 421-427.
Gutowski TG., « A resin flow/fibre deformation model for composites », SAMPE Quart.,
, 16, (4), p. 58-64.
Hagège B., Simulation du comportement mécanique des milieux fibreux en grandes
transformations : application aux renforts tricotés, Thèse de doctorat, ENSAM Paris,
Hagège B., Boisse P., Billoët J.L. « Finite element analyses of knitted composite
reinforcements at large strain », Revue européenne des éléments finis, à paraître (2005).
Hivet G., Modélisation mésoscopique du comportement biaxial et de la mise en forme des
renforts de composites tissés, Thèse de doctorat, Université d’Orléans, 2002.
Hughes T.J.H., Belytschko T., « A precise of developments in computational methods for
transient analysis », Journal of Applied Mechanics, 1983, 50, p. 1033-1041.
Kawabata S., Niwa M., Kawai H., « The Finite Deformation Theory of Plain Weave Fabrics
Part I, The Biaxial Deformation Theory », J. Textile Inst., 64, 1, 1973, p. 21-46.
Lomov S.V., Stoilova T., Verpoest I., « Shear of woven fabrics: theoretical model, numerical
experiments and full field strain measurements », Proceedings of the Int. Conf
ESAFORM 7, Trondheim, 2004.
McGuinness G.B., Bradaigh C.M.O., « Characterisation of thermoplastic composite melts in
rhombus-shear: the picture-frame experiment », Composites Part A, 1998, 29, 1-2,
p. 115-132.
Prodromou A.G. and Chen J., « On the relationship between shear angle and wrinkling of
textile composite performs », Composites Part A, 28, 5, 1997, p. 491-503.
Rogers T.G., « Rheological characterisation of anisotropic materials », Composites, 20, 1989,
p. 21-27.
Soulat D., Daniel J., Boisse P., « Simulation de la mise en forme d’un renfort déséquilibré »,
Revue européenne des éléments finis, 13/5-6-7, 2004, p. 751-762.
Spencer A.J.M., « Theory of fabric-reinforced viscous fluid », Composites Part A, 31, 2000,
p. 1311-1321.
Vacher P., Dumoulin S., Arrieux R., « Determination of the forming limit diagram from local
measurement using digital image analysis », International Journal of Forming Processes,
-3-4, 1999, p. 395-408.
Xue P., Peng X., and Cao J., « A Non-orthogonal Constitutive Model for Characterizing
Woven Composites », Composites Part A, 2003, p. 183-193.
