• Langue : Anglais
• Discipline : Mécanique, énergétique, génie des procédés, génie civil
• Identifiant : 2021LILUI008
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 29/01/2021

Résumé en langue originale

Cette thèse est consacrée à l’étude du comportement balistique d’un matériau tissé en utilisant une approche microscopique basée sur la technique d'homogénéisation numérique. En effet, lors d’un chargement balistique, le projectile agit localement sur la zone affectée du tissu engendrant ainsi une compression transversale des fibres. Ce phénomène a été modélisé, à l’échelle des fibres, en prenant en compte les effets des interactions fibre-fibre et l’évolution de la fraction volumique d’un fil au cours du chargement. Cette modélisation a conduit à établir une loi de comportement mécanique non-linéaire décrivant l’évolution des contraintes et des déformations apparentes dans un fil soumis à une compression transversale. La technique d’homogénéisation numérique, basée sur un volume élémentaire représentatif (VER) périodique, a été utilisée en vue d’une modélisation prenant en compte le vide entre les fibres. Cette démarche a conduit à établir une loi puissance entre la déformation apparente et la fraction volumique pour un fil sollicité en compression transversale. Ces données ont été introduites pour évaluer le comportement microscopique des fibres soumis à un impact balistique en se basant sur une approche multi-échelle. Cette analyse a conduit à une meilleure compréhension des phénomènes physiques se produisant lors d’un impact balistique d’un fil à l’échelle des fibres. Ensuite, cette modélisation a été appliquée au cas d’un tissu soumis à un impact balistique à une échelle mésoscopique (échelle d’un fil) combinée à une échelle microscopique (échelle d’une fibre) dans la zone affectée par l’impact. Cette modélisation a été validée par confrontation avec des données expérimentales, en termes de l’évolution la vitesse du projectile. L’évolution de l’énergie, de la force d'impact, des interactions fibres-fibres et de la rupture locale des fibres ont été aussi analysées.

Résumé traduit

This thesis is dedicated to the study of the ballistic behaviour of woven material using a microscopic approach based on the numerical homogenization technique. Indeed, during a ballistic loading, the projectile acts locally on the impact zone of the fabric, thus generating a transverse compression of the fibres. This phenomenon has been modelled, at the fibre scale, taking into account the effects of fibre-fibre interactions and the evolution of the volume fraction of yarn during loading. From this modelling, a non-linear mechanical behaviour law describing the evolution of apparent stress and strain in a yarn subjected to transverse compression was obtained. Then, based on a periodic Representative Volume Element (RVE), a numerical homogenization technique taking into account the void between fibres was used for modelling. A power law between the apparent deformation and the volume fraction for a yarn subjected to transverse compression was deduced based on this approach. These data were implemented into a model in order to analyse the microscopic behaviour of fibres subjected to ballistic impact based on a multi-scale approach. The analysis has provided a better prediction of the physical phenomena occurring during the ballistic impact of one single yarn at the fibre scale. Then, this model was applied to the case of one fabric subjected to ballistic impact at a mesoscopic scale (yarn scale) combined with a microscopic scale (fibre scale) in the impact zone. This model was validated by comparison with experimental data, in terms of the evolution of projectile velocity. The evolution of energy, impact force, fibre-fibre interactions and local fibre failure are also analysed.