Essais de frottement tissu/métal

Les essais de frottement tissu-métal ont été réalisés avec le même banc de frottement que les essais de frottement sur mèches. L’objectif de ces essais est de caractériser le comportement tissu/outil (poinçon et matrice). Les essais ont été réalisés sur les deux tissus avec 3 pressions de 5, 10 et 20 𝑘𝑃𝑎.

Une seule vitesse de déplacement (1 𝑚𝑚/𝑠) a été utilisée. Les résultats de frottement tissu/métal présentés dans [SAC12] montrent en effet une influence relativement faible de la vitesse sur le coeffi-cient de frottement. Les valeurs de pression et de vitesse choisies sont de plus typiques de celles qui pourront être rencontrées pendant les procédés de mise en forme. Les essais ont par ailleurs été réa-lisés dans 3 directions : trame, chaine et 45°. La valeur moyenne et l’écart type des coefficients de frottement dynamiques obtenus dans les différentes configurations sont synthétisés dans le Tableau 2.4.

Tableau 2.4. Coefficients de frottement tissu/métal obtenus dans les différentes configurations d’essai avec les deux tissus A et B.

Pression 5 𝑘𝑃𝑎 10 𝑘𝑃𝑎 20 𝑘𝑃𝑎

Direction trame 45° chaine trame 45° chaine trame 45° chaine

Tissu A

Valeur moyenne 0,209 0,220 0,261 0,168 0,181 0,228 0,150 0,152 0,191

Écart type 0,011 0,010 0,011 0,003 0,001 0,002 0,002 0,002 0,003

Tissu B

Valeur moyenne 0,202 0,200 0,246 0,180 0,184 0,210 0,173 0,175 0,210

Écart type 0,005 0,007 0,005 0,002 0,006 0,007 0,006 0,007 0,004

Les résultats montrent que, en fonction de la direction et de la pression, des variations importantes du coefficient de frottement dynamique peuvent être observées. Le coefficient de frottement décroit lorsque la pression augmente. Ce phénomène a déjà été observé sur du Twintex [SAC12]. Pour le tissu A, la valeur minimale (0,15) est obtenue dans la direction trame avec la pression de 20 𝑘𝑃𝑎. La valeur maximale (0,26) est obtenue dans la direction chaine pour la pression de 5 𝑘𝑃𝑎. Les valeurs obtenues dans la direction 45° sont comprises entre celles obtenues dans les directions trame et chaine. Pour le tissu B, le coefficient de frottement varie de manière similaire, mais moins prononcée (valeur minimale de 0,17, valeur maximale de 0,25). À configuration d’essai identique (pression 20 𝑘𝑃𝑎, direction chaine), les coefficients de frottement obtenus avec les tissus A (0,19) et B (0,21) sont inférieurs à celui obtenu (0,24) avec un Twintex [SAC12]. La compréhension et l’explication des phénomènes et tendances observées nécessiteraient l’étude approfondie du frottement entre mèches et métal et de l’évolution de la surface de contact entre tissu et outil avec la pression.

Pour réaliser des simulations de mise en forme réalistes, la prise en compte de la variabilité du coefficient de frottement avec la direction et la pression apparait primordiale. Comme dans [COR13], une loi puissance peut être utilisée en première approche pour décrire l’évolution du coefficient de frottement avec la pression. Les résultats présentés dans la Figure 2.38 (pour le tissu A) montrent que l’exposant de la loi puissance est en fait très proche dans les trois directions. Seule la variation du coefficient multiplicatif avec la direction est à prendre en compte. Les mêmes observations sont aussi faites pour le tissu B.

Figure 2.38. Evolution du coefficient de frottement avec la pression dans les trois directions pour le tissu A.

2.2.5.Essais de compaction

Les échantillons de tissu ont été compactés entre deux plateaux de 150 𝑚𝑚 de diamètre. De di-mension légèrement supérieure, l’intégralité de la surface de l’échantillon prise entre les plateaux (soit 1,77 × 10^-2 𝑚²) est donc mise en compaction. Une vitesse de déplacement de 1 𝑚𝑚/𝑚𝑖𝑛 est utilisée.

Les essais sont réalisés jusqu’à atteindre une pression de compaction de 1 𝑀𝑃𝑎. Ces valeurs sont ty-piques de celles rencontrées dans la littérature. Les efforts importants mis en jeu rendent nécessaire l’utilisation d’une cellule d’effort de 200 𝑘𝑁. La souplesse machine est non négligeable, en consé-quence, l’écartement entre les plateaux a été mesuré en utilisant un LVDT.

Les résultats représentant l’évolution de la pression de compaction en fonction de la fraction vo-lumique de fibres sont obtenus en utilisant la masse surfacique des tissus. Les résultats obtenus sur le tissu B sont représentés sur la Figure 2.39.a. Des essais de compaction cycliques, dont un exemple de résultat est présenté sur la Figure 2.39.b, ont aussi été réalisés.

(a) (b)

Figure 2.39. Essais de compaction sur le tissu B : a. Répétabilité des résultats, b. Réponse en chargement cy-clique.

Une bonne répétabilité des résultats est obtenue même si un comportement légèrement variable peut être constaté en pied de courbe (voir Figure 2.39.a). Comme prévisible, un comportement non linéaire avec une rapide augmentation de la rigidité de compaction est observé. La fraction volumique de fibre initiale (pour laquelle les efforts apparaissent) est approximativement de 35 % et elle aug-mente jusqu’à environ 57 % lorsque la pression de 1 𝑀𝑃𝑎 est atteinte.

Les résultats de compaction cyclique montrent un comportement hystérétique classique, déjà ob-servé dans le cadre des autres essais, traduisant la réorganisation de la structure interne du tissu. Après la première décharge, une déformation permanente est observée. Lors du second chargement les ef-forts ne commencent à augmenter que lorsqu’une fraction volumique de fibre de 40 % est atteinte.

Au bout du 3^ème cycle la réponse de l’échantillon sous sollicitation cyclique devient répétable.

Figure 2.40. Comparaison du comportement en compaction des 2 tissus.

Par ailleurs, une comparaison des résultats des essais de compaction obtenus sur les deux tissus de cette étude, d’architectures différentes, a été effectuée. La Figure 2.40 représente les comporte-ments moyens des tissus A et B. On note que les efforts de compaction apparaissent pour des fractions volumiques de fibre légèrement plus importantes pour le tissu A. Sa rigidité de compaction est plus importante. Cela peut être attribué à l’influence de l’architecture de tissage, et notamment au fait que les mèches de trame dans le tissu A ont les mêmes positions dans les différentes couches, alors qu’étant décalées dans le tissu B elles peuvent « s’imbriquer » lorsqu’il est compacté.