Modélisation et simulation de composite à renfort fabriqué par broderie

La broderie technique est une méthode de fabrication récente permettant de concevoir des préformes à géométries complexes et aux propriétés orientées. Cependant, puisque cette technologie utilise la couture comme méthode de fixation des fibres, une distorsion est induite dans leur parcours. Les propriétés mécaniques du composite conçu à l'aide de telles préformes se retrouvent donc influencées par différents paramètres de fabrication liés à la couture tels que le diamètre du fil de couture et le pas et l'espacement de la couture. Quelques travaux ont été faits sur la simulation de pièces fabriquées par borderie technique. Des approches de simulation par éléments finis avec pénalisation et de compensation de la courbure ont été utilisées afin d'obtenir les propriétés mécaniques équivalentes [1-3]. Cependant, les méthodes proposées dans ces travaux requièrent un grand nombre de caractérisations ou négligent plusieurs effets comme l'ondulation du renfort dans le plan ou le fil de couture. L'objectif principal de ce mémoire était de développer un outil de simulation permettant d'obtenir les propriétés élastiques effectives de matériaux composites fabriqués par broderie technique. Dans un premier temps, les différentes propriétés nécessaires à la modélisation du matériau ont été déterminées. Ensuite, une caractérisation des propriétés ciblées a été effectuée sur différents échantillons à l'aide de microscopies et de microtomographies. Une variation du taux volumique de renfort dans l'épaisseur des échantillons avec une diminution de 10% dans la première couche de renfort comparativement au taux volumique global a été observée. Une déviation de la fibre de renfort causée par l'insertion du fil de couture de l'ordre de 6° dans le plan et 3° hors plan a été mesurée. Dans un deuxième temps, un modèle d'homogénéisation en champs moyen a été implémenté dans MATLAB afin de simuler différentes configurations de préformes. Le modèle développé utilise une stratégie d'homogénéisation multi-étapes. Une compensation de l'orientation pour les fibres de renfort ainsi que le fil de couture a été implémenté via décomposition du volume élémentaire représentatif (VER) et une rotation des propriétés selon une courbe guide.