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Année 2001 N° d’ordre : 2441 UNIVERSITE MOHAMED V FACULTE DES SCIENCES U.F.R. D

Année 2001 N° d’ordre : 2441 UNIVERSITE MOHAMED V FACULTE DES SCIENCES U.F.R. DE MECANIQUE Maroc UNIVERSITE BORDEAUX I ECOLE DOCTORALE DE MECANIQUE France COTUTELLE DE THESE Présentée Par El Hassane TAIBI POUR OBTENIR LE GRADE DE DOCTEUR Spécialité: MECANIQUE CARACTERISATION, MODELISATION ET SIMULATION DU COMPORTEMENT D’UN TISSU TEXTILE. Soutenue publiquement le 10 novembre 2001 Devant la Commission d’Examen: Abdellah El HAMMOUMI Professeur, FSR (Maroc) Président Amar KIFANI Professeur, FSR & Doyen, FSMek (Maroc) Alain GERARD Professeur, université Bordeaux 1 (France) Examinateurs Amar HAMMOUCHE Professeur, EMI & Doyen, FSTS (Maroc) José Miguel Salles DIAS Professeur, ADETTI (Portugal) Rapporteur Jean-Marc HAUDIN Professeur, CEMEF (France) Rapporteur Jean-Marc SURVILLE R&D LECTRA Systèmes (France) Examinateur & A la mémoire de ma mère, A mon père, A mon oncle Mimoun et son épouse, A mes sœurs et frères, A tous ceux qui me sont chers. i Remerciements Les travaux présentés dans cette thèse ont été effectués au sein du Laboratoire de Mécanique et Matériaux "LMM" de l'université Mohamed V et du Laboratoire de Mécanique Physique "LMP" de l'université de Bordeaux 1. Ces travaux, financés par l'Union Européenne en grande partie (MtoM3D: projet INCO-DC N° 961798) et le Pôle Aquitaine de Mécanique et Matériaux (projet PAMM "partenariat recherche/industrie"), ont été effectués dans le cadre d'une convention de cotutelle de thèse entre l'université Bordeaux 1 - France, et l'université Mohammed V (Faculté des Sciences) - Rabat-Agdal - Maroc. Je remercie infiniment mes directeurs de recherche Messieurs les professeurs: Amar KIFANI (LMM - FSR) et Alain GERARD (LMP -Université Bordeaux 1). Je les prie d'accepter à cette occasion le témoignage de ma très profonde reconnaissance pour les précieux conseils prodigués tout au long de mes recherches, l'attention avec laquelle ils ont suivi mes travaux, et leur participation au jury de cette thèse. Je tiens à exprimer à Monsieur le professeur Amar HAMMOUCHE, doyen de la Faculté des Sciences et Technique de Settat "FSTS" co-directeur de cette thèse, ma profonde gratitude pour m'avoir accueilli au sein du département de génie mécanique, Ecole Mohammedia d'Ingénieurs "EMI" et pour m'avoir fait confiance en me proposant ce sujet. Je lui suis infiniment reconnaissant pour l'intérêt constant qu'il a porté à cette étude, pour les conseils judicieux qu'il n'a pas manqués de me prodiguer tout au long de son déroulement et sa participation au jury de cette thèse. ii J'exprime ma profonde reconnaissance à Monsieur Abdellah El HAMMOUMI, professeur FSR, de m'avoir honoré en acceptant de présider le jury de cette thèse. Mes sincères remerciements vont aussi à Monsieur José Miguel Sales DIAS, Professeur (ADETTI: Associação para o Dsenvilvimento das Telecomunicacões e Ténicas de Informática - Portugal) pour les précieux conseils prodigués tout au long de mes travaux dans le cadre du projet "MtoM3D" et d'avoir accepté d'être rapporteur de ce travail. Mes vives remerciements vont également à Messieurs: Jean-Marc HAUDIN, Professeur (Centre de Mise en Forme des Matériaux, Ecole des Mines de Paris) pour son acceptation d'être rapporteur du présent travail ainsi que Jean-Marc SURVILLE, Ingénieur-Industriel (LECTRA Systèmes, Bordeaux) pour m'avoir fait l'honneur de bien vouloir faire partie de mon jury et pour l'accueil au sein du centre de recherche et développement de LECTRA Systèmes. Je tiens à remercier également tous les membres de l'équipe "Mécanismes Dynamiques", LMP - Université Bordeaux 1 (particulièrement Jean-Pierre LARIVIERE, assistant ingénieur) pour leurs qualités humaines. Je remercie de même les partenaires du projet euroméditerranéen "MtoM3D". Enfin, je voudrais associer à ces remerciements tous ceux ou celles qui, à des degrés divers, ont contribué à la réalisation de ce travail, sans oublier de réserver une pensée chaleureuse à tous mes amis(e) respectivement du LMM - faculté des sciences Rabat-Agdal, du LMP - université Bordeaux 1 et du C. R&D - LECTRA Systèmes. Table des Matières Table des matières iii Tables des matières REMERCIEMENTS............................................................................................................................................. i TABLE DES MATIÈRES.....................................................................................................................................iii RÉSUMÉ ............................................................................................................................................................ viii ABSTRACT ...........................................................................................................................................................ix INTRODUCTION GÉNÉRALE ......................................................................................................................... 1 STRUCTURATION DU MÉMOIRE........................................................................................................................... 2 1. Partie I : ANALYSE BIBLIOGRAPHIQUE.............................................................................................................. 2 2. Partie II : KES-F, ETUDE ET EXPERIMENTATION............................................................................................... 3 3. Partie III : MODELISATION POUR LA SIMULATION 3D ET ETUDE DE LA TORSION D'UN TISSU ........ 3 Partie I Chapitre 1: CARACTERISATION ET MODELISATION MECANIQUES DES TISSUS. I. INTRODUCTION ....................................................................................................................................... 5 II. DEFINITIONS .............................................................................................................................................. 5 III. LES DIFFERENTES NATURES DE FIBRES.......................................................................................... 6 III.1. LES FIBRES NATURELLES................................................................................................................................ 6 III.2. LES TEXTILES SYNTHÉTIQUES ........................................................................................................................ 7 III.3. LES TEXTILES ARTIFICIELS À BASE DE CELLULOSE......................................................................................... 7 IV. LES DIFFERENTS TYPES DE TISSUS (ARMURES PRINCIPALES)................................................ 7 IV.1. LA TOILE........................................................................................................................................................ 7 IV.2. LE SERGÉ....................................................................................................................................................... 8 IV.3. LE SATIN........................................................................................................................................................ 9 V. MESURE DE LA QUALITE DES TEXTILES (ÉTUDES EXPÉRIMENTALES) ............................ 10 V.1. CARACTÉRISATION MÉCANIQUE DU FIL......................................................................................................... 10 V.1.1. DETERMINATION DE LA MASSE LINEIQUE DU FIL (TITRE)............................................................ 10 V.1.2. ESSAI DE TRACTION............................................................................................................................... 11 V.1.2.1. La limite élastique "yield point" ................................................................................................................................. 12 Table des matières iv V.1.2.2. Le module d'élasticité................................................................................................................................................. 14 V.1.2.3. La capacité de travail.................................................................................................................................................. 16 V.1.3. ESSAI DE TORSION ................................................................................................................................. 16 V.2. ANALYSE ET CARACTÉRISATION MÉCANIQUE DU TISSU .............................................................................. 17 V.2.1. ANALYSE DU TISSU................................................................................................................................. 17 V.2. 1.1. Réduction du tissu .................................................................................................................................................... 17 V.2. 1.2 Embuvage et retrait [AFN 71a], [AFN 75]................................................................................................................ 17 V.2. 1.3 Epaisseur du tissu ...................................................................................................................................................... 18 V.2.2. CARACTERISATION MECANIQUE DU TISSU........................................................................................ 19 V.2.2.1. Détermination de la masse du tissu par m2 ................................................................................................................. 19 V.2.2.2. Essai de traction.......................................................................................................................................................... 19 V.2.2.3. Essai de cisaillement.................................................................................................................................................. 23 V.2.2.4. Essai de flexion.......................................................................................................................................................... 25 La méthode coulissante ou "en porte-à-faux" .............................................................................................................. 25 La méthode de la boucle suspendue............................................................................................................................. 27 La méthode de drapé.................................................................................................................................................... 28 V.2.2.5. Essai de torsion.......................................................................................................................................................... 30 V.2.2.6 Essai de déchirement .................................................................................................................................................. 32 V.2.2.2.6.1. Déchirure au clou................................................................................................................................................. 33 V.2.2.2.6.2. Déchirure amorcée............................................................................................................................................... 34 V.2.2.7. Essai d'éclatement.................................................................................................................................................... 35 V.2.2.8. Essai d'arrachement ................................................................................................................................................. 35 V.2.2.9. Essai de compression............................................................................................................................................... 36 V.2.2.10. Formabilité [SAV 99]............................................................................................................................................. 37 V.2.2.11. Essai de frottement de tissu ..................................................................................................................................... 39 V.2.2.12. Essai de perméabilité............................................................................................................................................... 41 V. MODELISATION DE CERTAINS TYPES D’ESSAIS EFFECTUES SUR LE TISSU ( ÉTUDES THÉORIQUES ) ................................................................................................................................................. 43 VI.1. APPROCHE LIANT FORCES ET GÉOMÉTRIE .................................................................................................... 43 VI.1.1. MODELES DE TRACTION...................................................................................................................... 43 VI.1.1.1. Travaux de Peirce..................................................................................................................................................... 43 VI.1.1.2. Travaux d'Olofson..................................................................................................................................................... 46 VI.1.1.3. Travaux de Kawabata............................................................................................................................................... 48 VI.1.2 . MODELES DE CISAILLEMENT ............................................................................................................ 51 VI.1.2.1. Travaux de Olofson.................................................................................................................................................. 51 VI.1.2.2. Travaux de Kawabata............................................................................................................................................... 53 VI.1.3. MODELES DE FLEXION....................................................................................................................... 55 VI.1.3.1. Travaux de Grosberg................................................................................................................................................ 55 VI.1.3.2. Travaux de Abbott.................................................................................................................................................... 57 VI.2. APPROCHE ÉNERGÉTIQUE ............................................................................................................................ 59 VI. CONCLUSION........................................................................................................................................... 62 Table des matières v Chapitre 2: LES DIFFERENTS MODELES INFOGRAPHIQUES POUR LA MODELISATION ET LA SIMULATION D'UN TISSU. I. INTRODUCTION ...................................................................................................................................... 63 II. LES MODÈLES GÉOMÉTRIQUES........................................................................................................ 65 III. LES MODÈLES PHYSIQUES.................................................................................................................. 67 III.1 TRAVAUX DE IMAOKA ET AL ...................................................................................................................... 68 MODELE ET METHODE D'ANALYSE..................................................................................................... 68 III.2 TRAVAUX DE TERZOPOULOS ET AL............................................................................................................. 71 III.3 TRAVAUX DE CARIGNAN ET AL................................................................................................................... 75 III.4 TRAVAUX DE OKABE ET AL ........................................................................................................................ 76 III.5 TRAVAUX DE BREEN ET AL......................................................................................................................... 78 III.6 TRAVAUX DE PROVOT................................................................................................................................. 80 III.7 TRAVAUX DE JOSÉ MIGUEL S. DIAS ET M.N. GAMITO ........................................................................... 83 IV. LES MODÈLES HYBRIDES.................................................................................................................... 85 IV.1 TRAVAUX DE A. LUCIANI ET C. CADOZ ..................................................................................................... 85 IV.2 TRAVAUX DE F. TAILLEFER........................................................................................................................ 85 V. CONCLUSION........................................................................................................................................... 87 Partie II KES-F ETUDE ET EXPERIMENTATION. I. INTRODUCTION .......................................................................................................................................... 89 II. MESURE DES PARAMÈTRES MÉCANIQUES DES TISSUS PAR LE KES-F.................................. 90 II.1 TRACTION................................................................................................................................................... 90 II.2 CISAILLEMENT............................................................................................................................................ 93 II.3 FLEXION ..................................................................................................................................................... 95 II.4 COMPRESSION ............................................................................................................................................ 99 II.5 ETAT DE SURFACE .................................................................................................................................... 101 II.6 MASSE SURFACIQUE ET ÉPAISSEUR........................................................................................................... 105 II.7 RÉSUMÉ.................................................................................................................................................... 105 Table des matières vi III. ANALYSE DES DÉFORMATIONS D'UN TISSU ET PARAMÈTRES RETENUS POUR UN MODÈLE DE SIMULATION ......................................................................................................................... 106 III.1 ANALYSE DES DÉFORMATIONS D'UN TISSU ............................................................................................... 106 III.2 PARAMÈTRES RETENUS POUR UN MODÈLE DE SIMULATION ...................................................................... 108 IV. ESSAIS EXPÉRIMENTAUX ET RÉSULTATS OBTENUS................................................................ 108 IV.1 TRACTION................................................................................................................................................. 109 IV.2 FLEXION ................................................................................................................................................... 110 IV.3 CISAILLEMENT.......................................................................................................................................... 111 IV.4 MASSE SURFACIQUE ET ÉPAISSEUR........................................................................................................... 112 V. CONCLUSION............................................................................................................................................ 112 Partie III Chapitre 1: SIMULATION BIDIMENSIONNELLE ET TRIDIMENSIONNELLE "2D/3D" A PARTIRD’UN MODELE MECANIQUE. I. INTRODUCTION ........................................................................................................................................ 113 II. APPROCHE ET DÉMARCHE PROPOSÉES........................................................................................ 114 II-1 APPROCHE ................................................................................................................................................... 114 II-2 DÉMARCHE.................................................................................................................................................. 115 III. MODÈLE MÉCANIQUE DU COMPORTEMENT DYNAMIQUE DU TISSU.................................. 116 III.1. MAILLAGE ................................................................................................................................................. 117 III.2. FORCES ET SECONDE LOI DE NEWTON......................................................................................................... 118 III.2.1 LA BASE PHYSIQUE.............................................................................................................................. 118 III.2.2 LES FORCES INTERNES ...................................................................................................................... 119 III.2.2.1 Modèle de la force de Cisaillement [TAI 00a]....................................................................................................... 119 III.2.2.2 Modèle du moment de Flexion [TAI 00a].............................................................................................................. 121 III.2.2.3 Force de Traction [TAI 00b] ................................................................................................................................. 124 III.2.2.3.1 Approximation de la linéarité en fonction de la déformation ............................................................................... 125 III.2.2.3.2 Modélisation de la force de traction ..................................................................................................................... 126 III.2.2.4. Force de dissipation.............................................................................................................................................. 129 III.2.3 LES FORCES EXTERNES ..................................................................................................................... 129 III.3 CALCUL DE LA NORMALE............................................................................................................................. 133 III.4 LA SECONDE LOI DE NEWTON ...................................................................................................................... 134 III.5 SOLUTION NUMÉRIQUE D'ÉQUATIONS DIFFÉRENTIELLES............................................................................. 135 Table des matières vii IV. LES MACHINES DE KAWABATA VIRTUELLES (MKV) ............................................................... 137 IV.1 MACHINE DE CISAILLEMENT........................................................................................................................ 138 IV.2 MACHINE DE FLEXION ................................................................................................................................. 139 IV.3 MACHINE DE TRACTION............................................................................................................................... 140 V. RÉSULTATS OBTENUS ET DISCUSSIONS .......................................................................................... 142 V.1 CONFRONTATION DES EXPÉRIMENTATIONS SIMULÉES ET RÉELLES ............................................................... 142 V.2 SIMULATION DU DRAPÉ D'UN TISSU SUR DIFFÉRENTS OBJETS (FORMES)........................................................ 145 V.2.1 TOMBE SUR UNE TABLE CARREE (influence de l'hystérésis)............................................................... 145 a) Conditions du test de drapé du tissu sur la table carrée.......................................................................................... 145 b) Influence de l'hystérésis......................................................................................................................................... 145 V.2.2 TOMBE SUR UNE SPHERE (influence de la rigidité de flexion et de l'anisotropie) ............................... 149 VI. uploads/Ingenierie_Lourd/ caracterisation-modelisation-et-simulation-du-comportement-d-x27-un-tissu-textile.pdf