Mécanique et mécanisme de la déchirure des matériaux textiles

Triki, Ennouri (2012). Mécanique et mécanisme de la déchirure des matériaux textiles. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Cette thèse vise à apporter une contribution à l’étude et à la modélisation de la déchirure des textiles et des textiles enduits. Notons que la résistance à la déchirure est l’une des caractéristiques mesurées pour les équipements de protection contre les agresseurs mécaniques en milieu de travail.

Jusqu'à présent, ce comportement en déchirure a été étudié en mesurant la force de déchirure et le travail de déchirure. De fait, aucun critère de rupture en déchirure n’existe actuellement Par conséquent, en s’inspirant de la théorie du Griffith et de la mécanique de la rupture, une formulation d’un nouveau critère de rupture des structures textiles a été proposée. Cette approche offre la possibilité de déterminer d’une manière plus précise l’énergie nécessaire pour la création d’une nouvelle surface de rupture. Ce critère nous permet d’analyser l’effet des caractéristiques des tissus sur la variation de l’énergie de rupture. Cette étude montre que la résistance au glissement des fils dans la structure est le principal facteur qui contrôle la propagation de la fissure.

En se basant sur la théorie de la mécanique de la rupture, un modèle de calcul de l’énergie de rupture par déchirure a été aussi élaboré. Ce modèle de déchirure relie l’énergie aux paramètres caractérisant les phénomènes affectant la déchirure des tissus, notamment la force de glissement et la force à la rupture des fils. Cette modélisation a tenu compte de certaines caractéristiques des tissus tels que l’épaisseur du matériau, la densité des fils, etc.

Par l’étude de la variation de l’énergie de rupture par déchirure en fonction du rapport établi entre la force à la rupture et la force de glissement d’un fil (FYB/FS), l’effet des mécanismes de la propagation de la fissure dans les tissus sur leur comportement en déchirure a été aussi observé. Les résultats obtenus permettent de distinguer deux différentes catégories de déchirure. Pour les basses densités des fils, la fissure se propage dans le tissu par glissement des fils, alors que pour les hautes densités des fils, la déchirure est obtenue par la rupture des fils. Ainsi, il est important de noter que l’énergie de rupture par déchirure des tissus est maximale lorsque le rapport FYB/FS est proche de l’unité.

En ce qui a trait à la déchirure des textiles enduits, la propagation de la fissure est obtenue par déchirure du support textile et de l’enduit de manière simultanée ainsi que par le délaminage du système textile-enduit. La définition d’un critère de rupture pour les textiles enduits nous a permis de constater que l’enduction d’un support textile par une couche d’élastomère engendre une diminution de son énergie de rupture. En outre, l’étude de la déchirure du support textile, de l’enduit et des textiles enduits a montré que l’énergie obtenue pour la couche de l’enduit est très faible si nous la comparons avec celles du support textile et du textile enduit.

L’étude de l’effet du vieillissement sur l’énergie de rupture par déchirure a aussi fait l’objet de cette thèse. L’exposition des textiles enduits à différentes températures de vieillissement montre que le comportement en déchirure des textiles et des textiles enduits est similaire pour les durées les plus faibles. Par contre, une accélération de la réduction de la résistance à la déchirure est observée pour les textiles enduits aux temps de vieillissement plus élevés. Ce phénomène peut éventuellement être attribué à une augmentation de l’adhésion du système textile-enduit suite au traitement de vieillissement. La diminution de la mobilité des fils ainsi engendrée cause alors une importante chute de la valeur de l’énergie de rupture par déchirure.

Titre traduit

Mechanism and mechanics of tearing of the textiles and the coated textiles

Résumé traduit

The aim of this thesis is to contribute to the study and modeling of the tearing of textiles and coated textiles. In particular, resistance to tearing is considered when evaluating the performance of protective materials against mechanical hazards at work.

Until now, the tearing behavior has been studied by measuring its force or/and calculating its work. No failure criterion for tearing has been developed. Therefore, the formulation of a new tearing energy criterion for textile structures has been developed based on Griffith's theory and fracture mechanics. This approach allows the precise determination of the energy necessary to create a new fracture surface. This criterion can be used to study the effect of the fabric characteristics on the variation of the fracture energy. The study shows that yarn resistance to slippage is the main parameter controlling crack propagation.

Based on fracture mechanics, a fracture energy model has also been developed. This model links the fracture energy with parameters characterizing the fabric tearing behavior underlying phenomena, including yarn slippage and yarn breaking force in tension. It also takes into account some fabric characteristics such as material thickness, yarns density, etc.

By studying the variation of the fracture energy with the yarn breaking force and slippage force (FYB / FS) ratio, the effect of the crack propagation mechanisms of the fabric tearing behavior is also analyzed. Two different tearing categories can be distinguished. At low yarns density, the crack propagates by yarn slippage in the fabric, whereas for high yarn densities, tearing in the fabric is produced by yarn breaking. The fabric fracture energy reaches a maximum when the ratio FYB / FS is close to the unity.

Regarding the tearing of coated textiles, it was observed that crack propagation proceeds through simultaneous tearing in the fabric and its coating as well as through delamination, of the textile / coating assembly. By applying the fracture energy criterion to coated textiles, we found that coating a textile with a layer of elastomer generates a reduction in its fracture energy. Moreover, the study of the tearing of the support fabric, the coating layer and the coated fabric indicates that the fracture energy of the coating is much lower than those of the fabric and the coated textile.

The exposure of these materials to various aging temperatures shows a similar tearing behavior for fabrics and coated fabrics at low aging times. On the other hand, an acceleration in the fracture energy reduction is observed for coated fabrics at longer aging times.. This phenomenon can be attributed to an increase in the adhesion between the textile and coating as a result of thermal aging. The reduction in yarn mobility thus created generates a significant drop in the fracture energy value.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thèse présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du doctorat en génie". Bibliogr. : f. [225]-236.
Mots-clés libres:	Textiles et tissus enduits. Rupture. Fatigue thermique. Essais accélérés (Technologie). Énergie de rupture, Modélisation, Vieillissement thermique.
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Vu-Khanh, Toan
Programme:	Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt:	28 août 2012 14:48
Dernière modification:	08 mars 2017 01:41
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1041

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