Characterization and multiscale modeling of textile reinforced composite materials considering manufacturing defects

Modélisation numérique et caractérisation de l'effet des défauts de fabrication sur les propriétés mécaniques des composites renforcés textiles 3D L’influence des porosités induites par les procédés de fabrication sur les propriétés mécaniques des composites textiles a été étudiée à la fois par caractérisation expérimentale et par modélisation multi-échelle. En particulier, les porosités ont été caractérisés en termes de fraction volumique, taille, forme et distribution, et les effets de chaque caractéristique sur les propriétés mécaniques des composites textiles ont été analysés. De nombreuses plaques de composites textiles ont été fabriquées par le procédé Resin Transfer Molding (RTM). Ainsi, un renfort textile en verre interlock 3D a été imprégné par une résine époxy injectée sous une pression constante pour générer différents types de porosités. Des essais mécaniques ont été réalisés pour examiner la dépendance du module et de la résistance en traction des composites par rapport au taux de porosité total, intra-toron et inter-toron et également par rapport aux caractéristiques géométriques des porosités. Des analyses au microscope électronique ont été effectuées pour obtenir des informations locales sur les fibres (diamètre et distribution) et les porosités intra-toron (rayon, rapport d’aspect et distribution). A partir de ces résultats, un nouvel algorithme a été développé pour générer le Volume Elémentaire Représentatif (VER) qui est statistiquement équivalent au composite contenant les porosités. De plus, l’effet de la morphologie, du diamètre et de la distribution spatiale des porosités (homogène, aléatoire et concentré) sur les propriétés homogénéisées des torons a également été étudié par la méthode des éléments finis. La tomographie par rayons X a été utilisée pour extraire la géométrie méso-échelle réelle en trois dimensions et les porosités intra-toron. Ensuite, ces données ont été utilisées pour créer un modèle numérique à l’échelle mésoscopique (VER) et prédire les propriétés élastiques des composites avec porosités. Une étude paramétrique utilisant une méthode numérique multi-échelle a été effectuée pour étudier l’effet de chaque caractéristique des porosités, c.-à-d. le taux volumique, la taille, la forme, la distribution et la localisation sur les propriétés élastiques de composites. Ainsi, la méthode multi-échelle proposée permet d’établir une corrélation entre les porosités à différentes échelles et les propriétés mécaniques des composites textiles.