Modélisation et simulation numérique à l'échelle des fibres du comportement dynamique d'un multifilament unidirectionnel en placement de fibres robotisé

A new discrete element method is developed to study the dynamic movement of a flexible fibers in interaction. The fiber model is represented by a chain of rigid bodies connected together by joints. This work is about the 3-D dynamic modeling of a dynamic of fibers using recursive algorithms based on the Newton-Euler equations of the articulated body system and irregular dynamic contact models which is adapted to fiber model. The direct dynamic model gives the joint accelerations as a function of the joint positions, velocities and accelerations. This method guarantees a facility of implementation, fast resolutions and high numerical stability and has a good convergence rate. Dry Fiber Placement project managed by IRT Jules Verne (French Institute in Research and Technology in Advanced Manufacturing Technologies for Composite, Metallic and Hybrid Structures). Industrial and academic partners of this project; Respectively Airbus Group Innovation, AIRBUS OPERATIONS, STELIA Aerospace, COMPOSE Tools, GeM, ICA, CNRS/IRRCyN and ECN.Le comportement mécanique d’un fil de carbone en compression transverse est caractérisé par des déplacements relatifs importants entre fibres, ce qui lui confère un comportement fortement non-linéairelié aux contacts inter-fibres. Le caractère multi-échelle de la structure fibreuse rend problématique lacaractérisation du comportement mécanique du fil de carbone utilisé dans le procédé de placement defibres sèches automatisé. La complexité de la modélisation mécanique de ce milieu fibreux à l’échelledes fibres est due au fait que la forte non-linéarité mécanique dépend en grande partie de la configurationgéométrique des fibres, des interactions de contact-frottement entre elles et le contexte dynamique de la dépose. Le couplage fort entre chargements et modes de déformation dans les différentes directions et l’évolution de la microstructure, qu’il est bien difficile d’appréhender, accentuent fortement la complexité de la modélisation d’une telle structure fibreuse. Le travail de la thèse s’inscrit dans le cadre de l’optimisation du moyen de dépose robotisé de fils secs avec une source de chaleur par laser. Afin de comprendre le comportement thermo-mécanique du fil au cours de la dépose, un modèle dynamique a été développé pour simuler un milieux fibreux en interaction. Le but est de pouvoir prédire le réarrangement des fibres dans un fil sous sollicitation, ainsi que l’évolution des points de contact entre fibres. Ce travail est une première étape vers l’objectif final qui est de définir les paramètres procédés par rapport à la nature des fils secs déposés permettant d’obtenir une préforme de bonne qualité avec une vitesse de dépose élevée