Prédiction par simulation des défauts de plissement lors de la mise en forme des matériaux composites mono et multiplis

Numerical prediction of wrinkling defects during single and multi layered composite forming process

Laboratoire de Mécanique des Contacts et des Structures, Institut National des Sciences Appliquées de Lyon, Bâtiment Jacquard, 27 avenue Jean Capelle, 69621 Villeurbanne Cedex, France
e-mail : peng.wang@insa-lyon.fr; nahiene.hamila@insa-lyon.fr; philippe.boisse@insa-lyon.fr

Reçu : 19 Septembre 2011
Accepté : 2 Mars 2012

Résumé

Lors de la mise en forme des renforts de composites l’apparition des plissements fait parti des défauts les plus courants. Ces plissements sont fréquents en raison des très faibles raideurs en flexion dues aux mouvements relatifs entre les fibres constituant chaque mèche. Il est nécessaire de détecter leur apparition, ainsi que leur évolution au cours de la phase de préformage, et ce afin de s’assurer qu’ils ne s’étendent pas à la partie utile de la pièce. La simulation des renforts de composites textiles en cours de mise en forme se fonde sur une forme simplifiée du travail virtuel des efforts internes de chaque cellule élémentaire, découplée en une énergie de tension, de cisaillement dans le plan et du moment fléchissant. L’influence des trois rigidités (traction, cisaillement dans le plan et flexion) sur l’apparition des plissements lors de la simulation est analysée. Même si la raideur en cisaillement dans le plan joue un rôle principal sur leur apparition, il n’y a pas de corrélation directe entre l’angle de cisaillement et les plis. Le plissement est un phénomène global dépendant autant des déformations, des raideurs et des conditions aux limites. La raideur en flexion joue un rôle principal sur la forme que prendront ces plis, et il n’est pas possible de simuler proprement un pli avec une approche membranaire seule.

Abstract

Wrinkling is one of the most common flaws that occur during textile composite reinforcement forming processes. These wrinkles are frequent because of the possible relative motion of fibres making up the reinforcement, leading to a very weak textile bending stiffness. It is necessary to simulate their onset but also their growth and their shape in order to verify that they don’t extend to the useful part of the preform. In this paper the simulation of textile composite reinforcement forming and wrinkling is based on a simplified form of virtual internal work defined according to tensions, in-plane shear and bending moments on a unit woven cell. The role of the three rigidities (tensile, in-plane shear and bending) in wrinkling simulations is analysed. If in-plane shear stiffness plays a main role for onset of wrinkles in double-curved shape forming, there is no direct relation between shear angle and wrinkling. Wrinkling is a global phenomenon depending on all strains and stiffnesses and on boundary conditions. The bending stiffness mainly determines the shape of the wrinkles and it is not possible to perform a wrinkle simulation using a membrane approach.