Development and optimization of the tufting process for textile composite reinforcement
(Contribution à l’étude du piquage pour renforcement des composites)

URL d'accès : http://ori-nuxeo.univ-lille1.fr/nuxeo/site/esupver...

Auteur(s):  Liu, Lingshan
Date de soutenance : 13/06/2017
Éditeur(s) : Université Lille1 - Sciences et Technologies 

Langue : Anglais
Directeur(s) de thèse :  Soulat, Damien ; Legrand, Xavier ; Wang, Peng
Laboratoire : Laboratoire de génie et matériaux textiles (GEMTEX)
Ecole doctorale : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Lille)

Classification : Sciences de l'ingénieur
Discipline : Mécanique, Énergétique et Sciences des matériaux
Mots-clés : Procédé de piquage
Préformage
Renforcement tridimensionnel
Composites à fibres -- Propriétés mécaniques

Résumé : Dans plusieurs industries, les composites 3D sont largement utilisés pour fabriquer les pièces composites épaisses et complexes. La technologie de piquage permet de lier des renforts secs ensemble ou de renforcer les composites dans l’épaisseur grâce à des fils structuraux. Cette thèse est consacrée au développement de cette technologie et à l'analyse de l'influence des paramètres de piquage sur les comportements de préformage et les propriétés mécaniques de la préforme et du composite piqués. Le procédé de piquage est décrit dans la thèse. La configuration d'équipement est conçue pour réaliser ce procédé. Les paramètres de piquage peuvent être contrôlés par l'utilisateur. L’influence de la profondeur de piquage sur les propriétés mécaniques des 3D préformes renforcées par le piquage est analysé. Des 3D échantillons composites sont piqués avec des profondeurs de piquage variées. Les résultats d’essais mécaniques en traction et l’analyse microscopique sur la section transverse de l’éprouvette montrent que la profondeur influence fortement les performances mécaniques des composites. Le contrôle de ces paramètres est indispensable pour optimiser l’utilisation du piquage et améliorer les propriétés des renforts assemblés. Les comportements de préformage du renforcement piqué dans le procédé d'emboutissage hémisphérique sont aussi analysés. L'influence des fils de piquage sur l’avalement des plis, le glissement entre les couches et le phénomène de plissement lors de la formation est démontrée. De plus, les orientations du fil de piquage ont affecté les résultats de formage, qui ont conduit à un défaut de désalignement dans la zone où le cisaillement dans le plan est fort.


Résumé (anglais) : Three-dimensional fabrics are widely used in several industries to manufacture thicker and more complex composite parts. Tufting technology is employed to bond dry reinforcements together or to reinforce the composites in the thickness by structural yarns. The thesis is dedicated to the development of tufting technology and the analysis of the influence of tufting parameters on preforming behaviours and mechanical properties of tufted preform and composite. The tufting process and the self-designed equipment configuration are described in detail in the thesis. The tufting parameters can be completely controlled by user. Influence of tufting length through the thickness on mechanical properties of 3D tufted preform and composite is analysed in this study. 3D composite samples are prepared with varied tufting length. Tensile tests are carried out to determine the influence of the tuft length on the mechanical performance of tufted samples. The tensile results and microscopic analysis on the cross section of 3D specimen show that the tuft length strongly influences on the mechanical properties of composite. Therefore, the control of these parameters is necessary to optimize the tufting process and thus improve the mechanical performance of assembled thick reinforcements. The preforming behaviours of tufted 3D reinforcement in the hemispherical stamping process are also analysed. The experimental data demonstrates the influence of tufting yarns on the material draw-in, interply sliding, and winkling phenomenon during forming. Furthermore, the orientations of tufting yarn affected the forming results, which leaded to misalignment defect in the zone of strong in-plane shear.


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