WO2015114259A1 - Procédé de simulation de mise en forme d'une bande textile sur un moule de révolution - Google Patents

Procédé de simulation de mise en forme d'une bande textile sur un moule de révolution Download PDF

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WO2015114259A1
WO2015114259A1 PCT/FR2015/050205 FR2015050205W WO2015114259A1 WO 2015114259 A1 WO2015114259 A1 WO 2015114259A1 FR 2015050205 W FR2015050205 W FR 2015050205W WO 2015114259 A1 WO2015114259 A1 WO 2015114259A1
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WO
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warp
winding
calculation
mold
length
Prior art date
Application number
PCT/FR2015/050205
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English (en)
Inventor
Francis BARREAU
Yann Didier Simon MARCHAL
Original Assignee
Snecma
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Publication date
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Priority to GB1612810.0A priority patent/GB2537779B/en
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    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B11/00—Making preforms
    • B29B11/14—Making preforms characterised by structure or composition
    • B29B11/16—Making preforms characterised by structure or composition comprising fillers or reinforcement
    • G—PHYSICS
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Definitions

  • the present invention relates to a method for simulating the shaping of a textile web by winding on a mold having a shape of revolution, the textile web being produced by three-dimensional weaving between a plurality of layers of warp threads and a plurality of layers. weft threads, the warp son layers being interconnected by weft threads.
  • the invention finds a particular but not exclusive application in the prediction of the decadration during the shaping of a textile strip by winding in order to form a fiber preform of a composite material part such as a casing for an aeronautical engine, for example a fan case.
  • a composite material part such as a casing for an aeronautical engine, for example a fan case.
  • the warp threads which are oriented in the winding direction, and the weft threads of the textile web are orthogonal.
  • straights appear in the strip.
  • "Decadding" here means any angle between a warp and a weft that is different from 90 °, initial weave angle between the warp son and weft son.
  • a method for simulating the shaping of a textile strip by winding on a mold having a surface of revolution the textile strip being produced by three-dimensional weaving between a plurality of layers of warp yarns and a plurality of weft yarn layers, the warp yarn layers being interconnected by weft yarns,
  • the positioning of crossing points between at least a part of the warp yarns of the warp yarn layer and at least a portion of the weft yarns the yarns warp of said at least one warp yarn portion comprising a reference warp yarn having a determined axial position on the mold, the positioning of the crossing points comprising, for each weft yarn of said at least part of weft yarns:
  • the positioning of the common crossing points each corresponding to a cross between the weft yarn and a warp of said at least part of the warp yarns the positioning of the current crossover points being made as a function of the position of the crossover point reference, the calculated winding length increment for the warp yarn and the geometry of the surface on which the textile web is deposited, the reference crossover point and the common crossover points forming in the direction of the weft yarn a row of crossing points,
  • the textile web comprises warp threads of different lengths and the calculation of a winding length increment for each warp thread is made according to the length ratios between the webs. warp threads.
  • the method of the invention is able to simulate the shaping of a fibrous web which is not flat at the weaving exit due to the presence of warp threads of different lengths.
  • the calculation of a winding length increment for each warp thread is furthermore carried out according to a first increment length calculation mode in which the length increment d winding of the considered warp yarn is equal to the length increment of the reference warp thread multiplied by the ratio of the lengths between the warp thread considered and the reference warp thread and according to a second increment calculation mode of length in which the length increment of the considered warp thread is equal to the length increment of the reference warp thread multiplied by the ratio between the remaining lengths in the warp of the reference warp and the warp thread.
  • the transition between the first mode and the second calculation mode being progressive by weighting the contribution of the first and second calculation mode during the winding. ent.
  • the simulation method of the invention takes into account a phenomenon observed by the Holder: the decadrations in the textile band are increasing at the beginning of winding and then decreasing at the end of winding, which is due in particular to the fact that there is no or very little tension in the band at the beginning of the winding which can therefore be deformed freely while this tension is greater at the end of the winding at least because of the accumulation of turns on the mold .
  • the distal end of the textile strip can be maintained by a device capable of applying a variable tension on the strip, which further influences the growth and decay of the decaditions respectively at the beginning and at the end. winding.
  • the progressive transition between the first mode and the second length increment calculation mode is performed by weighting the contribution of the first and the second calculation mode as a function of the voltage applied to the band.
  • the textile band can also be wound without tension or with a constant tension.
  • the progressive transition between the first mode and the second length increment calculation mode is performed by weighting the contribution of the first and the second calculation mode as a function of the progression of the winding.
  • the axial position of the reference warp thread may be fixed throughout the winding or vary over it.
  • the positioning of the crossing points is furthermore performed as a function of a transition zone corresponding to the transition between the end of a complete revolution of the textile strip on the mold and the beginning. of a next turn. Therefore, the method of the invention is able to simulate the shaping of the textile web specifically for each turn of the winding
  • the mold surface has portions having different radii.
  • the method can therefore simulate the shaping of a textile strip on a mold that does not correspond to a perfect cylinder, as is the case of an aircraft engine casing.
  • the various steps of the simulation method are determined by instructions of computer programs.
  • the invention also relates to a program on an information carrier, this program being capable of being implemented in an estimation device or more generally in a computer, this program comprising instructions adapted to the implementation of steps of an estimation method as described above.
  • This program can use any programming language, and be in the form of source code, object code, or intermediate code between source code and object code, such as in a partially compiled form, or in any other desirable form.
  • the invention also relates to a computer-readable or microprocessor-readable information medium, and comprising instructions of a program as mentioned above.
  • the information carrier may be any entity or device capable of storing the program.
  • the medium may comprise storage means, such as a ROM, for example a CD ROM or a microelectronic circuit ROM, or a magnetic recording medium, for example a floppy disk or a disk. hard.
  • the information medium may be a transmissible medium such as an electrical or optical signal, which may be conveyed via an electrical or optical cable, by radio or by other means.
  • the program according to the invention can be downloaded in particular on an Internet type network.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing the shaping of a textile strip by winding on a mold having a shape of revolution
  • FIG. 2 is a diagram showing a cylindrical coordinate system used by the simulation method for shaping a textile strip by winding on a mold according to the invention
  • FIG. 3 is a schematic view showing the positioning of crossing between warp yarns and weft yarns in accordance with one embodiment of the invention
  • FIG. 4 illustrates an example of determining the position of a current crossover point according to the method of the invention
  • FIG. 5 illustrates an example of rectification of the position of a crossover point as a function of the thickness of the already wound textile strip and the geometry of the winding
  • FIGS. 6A and 6B are diagrammatic views showing the winding of two warp yarns on parts of a mold having different radii
  • FIG. 7 is a curve showing an example of the evolution of the tensile force on a textile strip as a function of the winding angle.
  • the invention generally applies to the simulation of shaping of a textile strip by winding on a mold having a surface of revolution, the textile strip being made by three-dimensional weaving between a plurality of layers of threads. chain and a plurality of weft son layers.
  • the textile structure is made in known manner by weaving by means of a jacquard loom on which a bundle of warp yarns or strands has been arranged in a plurality of layers, the warp yarns being bound by yarns of frame.
  • the fibrous texture is made by three-dimensional weaving.
  • three-dimensional weaving or “3D weaving” is meant here a weaving mode whereby at least some of the weft yarns bind warp yarns on several layers of warp yarns or vice versa.
  • An example of three-dimensional weaving is so-called “interlock” weaving.
  • interlock weaving is meant here a weave weave in which each layer of weft threads binds several layers of warp yarns with all the yarns of the same weft column having the same movement in the plane of the weave .
  • the weft threads are introduced between the warp threads in a direction orthogonal to that of the warp threads. Therefore, at the end of weaving and before winding it on the mold, the textile band comprises warp threads and weft threads which are orthogonal.
  • the method of the invention makes it possible to simulate the positioning between the warp yarns and the weft yarns of the textile strip when this it is wound on a mold of revolution shape and reveal including the decading that can occur between the warp son and weft son during this shaping.
  • "Decadding” here means any angle between a warp and a weft that is different from 90 °, initial weave angle between the warp son and weft son.
  • the steps of the simulation method of the invention described below can be performed by instructions of a computer program or corresponding simulation software.
  • a computer-type simulation device comprising in particular a processor, a read-only memory, a random access memory, a volatile memory and means for entering data is used.
  • the ROM of the simulation device is a recording medium according to the invention, readable by the processor and on which is recorded a computer program or simulation software according to the invention, including instructions for execution steps of an estimation method according to the invention described later.
  • FIG. 1 shows a mold 10 intended for shaping a textile strip 20 by winding, the strip 20 being intended to form the fiber reinforcement of an aircraft engine fan casing made of composite material.
  • the casing is made by injecting a resin into the textile band shaped on the mold and polymerizing said resin.
  • the surface 10a of the mold 10 on which the textile strip is to be wound does not correspond to a perfect cylinder but comprises vertical flanges 11 and 12 present respectively on the two ends of the mold.
  • the central portion 13 of the mold 10 has a surface close to the horizontal but with nevertheless variations in radius. Therefore, when it is shaped by winding, the method of the invention will simulate the position of the crossing points between the warp and the weft son according to the shape of the surface on which the textile strip is deposited, this surface corresponding to the surface 10a of the mold 10 during the first winding turn and then to that of the textile web wound in the previous round for the next laps.
  • the textile strip 20 was obtained by three-dimensional interlock weave weaving using warp yarns of different lengths. function of their position, that is to say according to the final radius of the portion of the part concerned, here a housing.
  • the textile strip 20 comprises longer warp threads on its edges 21 and 22 and in its central portion 23 because the selvedges 21 and 22 are intended to be shaped on the flanges 11 and 12 which have radii greater than the central portion 13 of the mold 10.
  • the direction of rotation of the mold 10 is indicated by the arrows SR in FIG.
  • the method of the invention uses a purely geometric method to simulate the positioning of the crossing points between the son, no balance calculation of the textile strip during its winding is realized.
  • the calculation of the draping of the textile strip is made from a surface of revolution which corresponds to the surface on which the strip is wound.
  • the simulation of the positioning of the warp yarns and the weft yarns of the fibrous web consists of calculating the position of the crossing points between the warp yarns and the weft yarns by projecting the textile web onto the winding surface and generate a three-dimensional mesh from finite elements of quadrangle shell type.
  • Each quadrangle comprises 4 nodes each formed by a crossing point, the sides of each quadrangle being formed by the lengths of the warp and weft son present between the nodes, that is to say between the crossing points.
  • the global coordinate system used for the simulation is a XYZ cylindrical coordinate system as shown in FIG. 2.
  • the simulation software works in a local cylindrical coordinate system whose axes are as follows:
  • Xloc axial direction parallel to the X axis of the mold 10 and that of the motor shaft for driving the mold 10 in rotation during the winding;
  • Zloc tangential direction (to form a direct orthonormal reference).
  • the tangential position of the points created by the simulation software is represented by the winding angle ⁇ .
  • the mold does not rotate. It is the textile band 20 which rotates around the mold.
  • DE represents the tangential direction of advancement of the textile strip 20 on the mold 10, that is to say the winding direction of the strip. DE is directed in a direction opposite to the direction of rotation SR of the mold 10 shown in FIG.
  • the starting position Po of the winding is at a fixed angular position.
  • the winding begins at the 0 ° angular position, i.e. the starting position Po, in the overall coordinate system, angle possibly modified by an initial tangential offset. However, the position of the last stitch wound around the mold.
  • the winding is in the direct trigonometric direction.
  • the warp threads of the textile web are wound in the tangential direction while the weft threads are positioned in a direction approximately parallel to the X axis of the mold 10.
  • the positioning of the crossing points is made from a reference warp thread having a determined axial position on the mold.
  • FIG. 3 very schematically illustrates the principle of calculation and the order of positioning of each point of intersection on a portion of textile strip 200 wound on a mold 100 of revolution shape. Successive rows of crossing points are created in the tangential direction of the winding DE from the starting point of the winding.
  • the warp thread C3 here represents the reference warp thread, that is to say the warp thread whose axial position on the mold 100 is identified throughout the winding.
  • the first row Rgl of crossing points PCn to PCi5 corresponds to the intersections between the weft thread Ti and the chain thread Ci to C5. This first row corresponds to the start of the winding, that is to say to the initial end of the textile strip 200 fixed on the surface of the mold 100.
  • the first row Rgl of crossing points PCn to PCis is created to initialize the calculation. It corresponds to the starting position Po shown in FIG. 2. This row is created on an area extending at half the thickness of the textile strip of the first turn of winding of said strip on the mold (the strip is wound on several turns to form the final preform). To create this first row:
  • the user defines, in the calculation data of the simulation software, the positions of the points of the curves defining the surface of the mold, namely the geometry or relief of the surface on which the textile strip is wound, and the final surface of the casing to be made (ie the outer surface after complete winding of the textile web and injection and polymerization of the resin in the shaped web);
  • the positions of the points of the first row Rgl are calculated between these two surfaces in an area extending above the surface of the mold at a height thereof corresponding to half the thickness of the textile strip because it is the first winding turn;
  • an initial tangential offset may be defined by the user to reflect the fact that the fabric may not be hooked onto the mold exactly one weft yarn.
  • the software implementing the method of the invention then calculates the position of each crossing point for each successive row of points, here the rows Rg2 to Rg5. For each of these rows, the software creates:
  • This reference wire is located towards the middle (in the axial direction X) of the mold.
  • the other points of the row are created starting from the reference point by moving towards the upstream direction DAM of the mold and then moving towards the downstream direction DAV of the mold.
  • the software will first calculate the position of a reference cross point corresponding here to the point PC23, namely the crossing point between the weft thread T2 and the reference warp thread C3. The software then calculates the position of the other common crossing points of this second row from the position of the reference crossover and as a function of length increments of the warp yarns calculated by the software for each row of crossing points and the geometry of the surface on which this portion of the textile web is draped.
  • the software calculates, on the one hand, the position of the PC22 and PC21 points located on the upstream side of the reference crossover point PC23 and, on the other hand, the position of the PC24 and PC25 points located on the downstream side of reference cross point PC23.
  • the software performs the same positioning calculations for the points PC31 to PC35, PC41 to PC45 and PC51 to PC55 respectively corresponding to the third, fourth and fifth rows of cross points in the direction of winding.
  • the distance in the axial direction, that is to say the weft direction, between two adjacent crossing points is equal to the spacing between the two corresponding warp threads, this distance being able to vary according to the variation of the radius of the mold between the two crossing points.
  • the position of the weft yarns with respect to the warp yarns is then deduced from the positioned crossover points, the length of the weft yarns initially present between the warp yarns being retained.
  • the conservation of the curvilinear abscissa of the rows of crossing points representing the weft threads makes it possible to respect the non-slip principle of the weft threads with respect to the warp threads at the level of the intersections between these threads.
  • the simulation software can generate a three-dimensional mesh with shell-type finite elements formed by quadrangles whose sides will define the directions of the wires. Once the crossing points are calculated, they are no longer modified to respect the fact that the wrapped textile band does not slip.
  • increments of lengths of warp threads For each new row of crosspoints added by the software, it will calculate increments of lengths of warp threads. These increments will define the lengths of the sides of the finite elements of the shell mesh (quadrangles) in the warp direction produced by the software. The calculation of these length increments depends on the relative lengths of the warp threads between them.
  • each reference cross point on the reference wire corresponds to the axial position of this wire which is constant and defined by the user in the calculation data.
  • the tangential position (Zloc) of the reference point of the row n (for a winding angle ⁇ ⁇ ) is equal to:
  • the winding angle is zero by default or equal to any initial tangential offset defined by the user in the calculation data.
  • the radial position R n (Yloc) of the reference crossover point is defined as follows:
  • k index of the winding revolution being calculated. If outside the transition zone, k is the index of the turn in which the reference point is located. Otherwise we are in the transition zone corresponding to the passage from turn k to turn k + 1.
  • Rk radius of reference crosspoints for turn k.
  • R k radius of the mold surface at the axial position (Xloc) of the crossover point considered + ((k-1) x thickness of the textile web) + 1/2 thickness of the textile web.
  • the radius of the surface of the mold used to calculate Rk is derived from the calculation data previously entered by the user. Before the simulation, the user enters the value of the radius of the mold corresponding to an axial position of a cross point, here the axial position of the reference cross point.
  • the new row Rgn is calculated with a wire length increment dl_ n of reference warp thread equal to:
  • the simulation software calculates the position of the other crossing points, called "common crossing points", on the row considered.
  • Figure 4 shows an example of calculation of common crossing points.
  • the crossing points PCA and PCc are two consecutive points on the row n-1, for example points of the first row of crossing points (row Rgl of FIG. 2) or of another row of cross points already created.
  • the crossing point PCB is a point of the next row n in the chain direction De. It is sought to calculate the position of the new PCD point, which is the following of the PCB point on the row n.
  • the PCA and PCB points can be reference crosspoints or common crosspoints.
  • current crossover points can be determined directly or indirectly according to the reference crossover point. Indeed, if the current cross point whose coordinates are to be determined is adjacent to the reference cross point of the considered row of points, the positioning of the current cross point is made according to the position of the reference cross point. . On the other hand, if the current cross point whose coordinates are to be determined is not adjacent to the reference cross point of the considered row of points, the positioning of the current cross point is made according to the position of the point of adjacent current crossing already calculated directly or indirectly from the position of the reference cross point. The calculation of the position of a current cross point is done step by step.
  • PCD is determined as:
  • axial position (Xloc) of the PCD point is determined.
  • PCc, PCD] length increment of the considered warp thread.
  • tangential position (Zloc) of the PCD point is determined.
  • the radial position (Yloc) of the PCD point is firstly determined as corresponding to the radial position in the plane formed by the points PCA, PCB and PCc whose cylindrical coordinates (Xloc, Yloc, Zloc) are known.
  • the textile strip intended to be wound on the mold is woven so that the lengths of the warp yarns are different according to the position of these yarns (differential call technology of the wires).
  • the lengths of the warp threads must be greater in the lateral flanges of the mold (flanges 11 and 12 in FIG. 1) than in the central part since the radii of the cross points on the flanges are greater than the radius of the points. crossing on the central part.
  • the simulation software takes into account this difference in length in the calculation of the length increments of the warp threads.
  • the user defines the length ratios of the warp threads in the calculation data.
  • the calculation software then rectifies the position of the PCD point determined previously taking into account the thickness of fibrous web already wound before the turn during winding.
  • the rectification mainly concerns the radial position of the PCD point which must be determined according to an orthogonal projection from the surface of the mold to the axile position considered.
  • the points Au, A ,, A i + 1 are the successive points defining the curvature of the surface of the mold in the axial directions D A and radial directions D R thereof. . These points are defined in the calculation data of the simulation software.
  • the PCD point is that derived from the calculation of the step described above.
  • the point PCD p is the projection of the PCD point on one of the segments of the curvature of the lower surface of the mold.
  • the PCDi point is located on the [PCDp, PCD] segment and the length (PCDp, PCDI) is equal to the tissue thickness at the PCD point. This thickness is equal to:
  • the thickness takes into account a linear transition making it possible to pass from turn k to turn k + 1, according to the formula already described above. above for the points of the reference warp thread.
  • PCDi therefore corresponds to the consolidated radial position (Yloc) of the PCD point.
  • the calculation of wire length increments must take into account the progress of the winding for optimal simulation. Indeed, the Holder observed that the extent of the decays varies non-homogeneously during the winding.
  • the method of the invention and its associated software can thus take into account the fact that the part of the textile strip remaining to be wound is hooked at its end and that towards the end of the winding this end gets closer to the winding area of the fabric, by calculating the length increments following first and second calculation modes. This attachment influences the positioning of the points by tending to correct any tangential offsets that may have appeared during the calculation. This influence is taken into account in the second method of calculation.
  • the first method of calculation is used at the beginning of winding, that is to say when the distal end of the textile strip is still far from the winding and the tension force in the textile strip is low.
  • the textile web can be freely deformed and the length increment of a warp thread is equal to the increment of length on the reference warp thread multiplied by the ratio of the lengths between these two threads whose value is provided to the software as input data.
  • the second calculation mode is used at the end of winding when the end of the textile strip approaches the winding zone and the tension force on the strip is important.
  • the band can not deform freely and tends to straighten up, the deformation in the wound part being similar to the deformation in the remaining part of the band.
  • the length increment of a warp thread is equal to the length increment on the reference wire multiplied by the ratio of the remaining textile strip lengths on these two threads, the initial length of the tape. being provided to the software as input data.
  • the transition from the first calculation mode to the second calculation mode is carried out progressively by applying a variable weighting between the two calculation modes as the winding progresses.
  • FIG. 6A shows the position of two warp yarns of a textile strip 50 from its winding on a mold 60, the thread 51 corresponding to the reference warp thread and the thread 52 another warp thread of the strip 50
  • the total length of the band 50 at the beginning of the winding is defined by the user in the calculation data of the simulation software. This length is set for the reference string.
  • the total length of the other warp threads is deduced by multiplying the length of the reference warp thread by the ratio of the lengths between each warp thread and the reference warp thread (also defined in the calculation data).
  • the points PC3 and PC4 correspond to the distal ends of the warp threads 51 and 52 which are held by a mobile system controlled by tension (not shown in FIGS. 6A and 6B).
  • the points PCi and PC2 correspond respectively to the proximal ends of the son of chains 51 and 52 fixed on the mold 60.
  • a weft thread 70 crosses the reference warp thread 51 at the point PCi and the warp thread 52 at the point PC2. Likewise, a weft yarn 72 crosses the reference warp thread 51 at the point PC3 and the warp thread 52 at the point
  • Figure 6B shows the position of the warp son 51 and 52 after winding the band by an angle ⁇ .
  • the reference warp thread 51 is wound on an area of the mold 60 having a radius greater than the area of the mold on which the warp thread 52 is wound.
  • the points PCi and PC2 turned at the same angle ⁇ and the points PC3 and PC4 came closer to the already wound part of the bandaged.
  • the points PC5 and PC6 respectively correspond to the points of intersection between the reference warp thread 51 and the warp thread 52 with a weft thread 71.
  • the point PC5 corresponds to the point of tangency of the reference warp thread 51 with the mold 60 after winding of the textile band 50 on the mold 60 of an angle ⁇
  • the PC6 point is already present in the portion of the strip 50 wound on the mold 60 showing the existence of a decadration at this level in the textile strip.
  • the point PC6 could also be in the portion of the textile strip 50 that is not yet wound on the mold 60. Moreover, if no decadration is present at the cross points between the chain son 51 and 52 and the weft thread 71, the points PC5 and PC6 correspond to the points of tangency of the threads 51 and 52 with the mold 60.
  • the software can calculate the length increment [PCi, PC6] of the warp thread 52 according to the two defined calculation modes.
  • the increment [PC2, PC6] i is equal to the increment [PCi, PC5] multiplied by the ratio of the lengths of the warp son 51 and 52 supplied to the software as input data.
  • the increment [PC2, PC6] 2 is equal to the increment [PCi, PC5] multiplied by the ratio [PC6, PC4] / [PC5, PC3] corresponding to the ratio of the remaining lengths of the wires chain 51 and 52.
  • the simulation software calculates the length increments [PC2, PC6] i and [PC2, PC6] 2 according to the two calculation modes and combines them with a weighting function to determine the length increment.
  • final [PC2, PC6] By way of nonlimiting example, the final length increment [PC2, PC6] can be determined as follows:
  • This weighting is based on the value of the tensile force applied to the fabric.
  • the evolution of this effort during the calculation is defined by the user in the software data. EffortMax and EffortMin are the maximum and minimum values of the effort, and Effort is the current value.
  • EffortMax and EffortMin are the maximum and minimum values of the effort, and Effort is the current value.
  • Figure 7 shows an example of evolution of the tensile force as a function of the winding angle.
  • the textile strip has a defined length corresponding to the number of desired winding turns and is maintained at its distal end throughout the winding, for example by a mobile system controlled voltage.
  • the gradual transition between the first calculation mode and the second calculation mode is performed as a function of the control of the tension force on the strip.
  • the length of coiled textile tape can be taken from a very long tape stored on a reel which is cut at the end of the winding.
  • the strip is wound without tension or with a constant tension throughout the winding, the gradual transition between the first calculation mode and the second calculation mode being managed according to the progress of the winding.
  • the method of the invention and its associated software are able to take into account a winding made over several turns by identifying the position of the transition zone between two consecutive turns.
  • data and / or parameters must be supplied to the simulation device.
  • These data / parameters can be divided into three categories: the data to define the crankcase geometry, the data to define the textile band and the calculation control parameters.
  • crankcase geometry and winding progress are:
  • winding surfaces of the mold these can be derived from a mold model of the CAD made for example with the Catia® software. In the simulation software of the invention, these surfaces are defined as the intersecting lines of these CAD surfaces with a radial plane. These lines are then discretized by a user with finite element pretreatment software to define the starting positions of the warp yarns at the beginning of the first winding turn.
  • the data used to define the textile band are:
  • the length ratios of the warp threads can be defined in two ways. In a first way, they are automatically calculated by the software from the geometric definition of the housing. The software then calculates the lengths of the son necessary to be able to drape without decadration the surface of the mold. In a second way, the lengths of the warp threads are introduced by a user into the simulation device from measurements made on part prototypes. These measurements may correspond to length measurements of the warp threads made at the time of weaving of the textile strip or to decadration measurements made during winding. In the latter case, the length ratios of the warp threads can be deduced from these scaling measurements.
  • the calculation control parameters are:
  • the simulation software of the invention can in particular produce data files relating to the draping of the strip on the mold, such as, for example, the angles present between the warp and weft threads. This data can then be used with spreadsheet software, such as Excel® software, to perform comparisons of decadence curves between the calculated values and the measured values.
  • spreadsheet software such as Excel® software
  • the data can also be produced in a file in neutral format viewable in a software operating results by finite elements, which makes it possible to obtain maps of the values of decadings turn by turn.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de simulation de mise en forme d'une bande textile (200) par enroulement sur un moule (100) présentant une surface de révolution. La bande textile est réalisée par tissage tridimensionnel entre une pluralité de couches de fils de chaîne (Ci-Cs) et une pluralité de couches de fils de trame (Ti-Ts), les couches de fils de chaîne étant liées entre elles par des fils de trame. Le procédé comprend, pour chaque couche de fils de chaîne, le positionnement de points de croisement (PC11-PC15, PC21-PC25, PC31-PC35, PC41-PC45, PC51-PC55) entre au moins une partie des fils de chaîne de la couche de fils de chaîne et au moins une partie des fils de trame, les fils de chaîne (Ci-C5) de ladite au moins partie de fils de chaîne comprenant un fil de chaîne de référence (C3) ayant une position axiale déterminée sur le moule.

Description

PROCÉDÉ DE SIMULATION DE MISE EN FORME D'UNE BANDE TEXTILE SUR UN MOULE DE RÉVOLUTION
Arrière-plan de l'invention
La présente invention concerne un procédé de simulation de mise en forme d'une bande textile par enroulement sur un moule présentant une forme de révolution, la bande textile étant réalisée par tissage tridimensionnel entre une pluralité de couches de fils de chaîne et une pluralité de couches de fils de trame, les couches de fils de chaîne étant liées entre elles par des fils de trame.
L'invention trouve une application particulière mais non exclusive dans la prévision du décadrage lors de la mise en forme d'une bande textile par enroulement afin de former une préforme fibreuse d'une pièce en matériau composite tel qu'un carter pour moteur aéronautique, par exemple un carter de soufflante. Une fois la préforme fibreuse ainsi mise en forme, elle est imprégnée avec une résine qui est ensuite polymérisée afin de former une pièce de révolution en matériau composite à matrice organique.
A l'issue du tissage, les fils de chaîne, qui sont orientés suivant la direction d'enroulement, et les fils de trame de la bande textile sont orthogonaux. En revanche, lors de l'enroulement de la bande textile sur un moule de révolution, des décadrages apparaissent dans la bande. Par « décadrage », on entend ici tout angle entre un fil de chaîne et un fil trame qui est différent de 90°, angle initial de tissage entre les fils de chaîne et les fils de trame. Ces décadrages sont variables suivant la partie de la texture considérée. Lorsqu'ils sont trop importants, les décadrages peuvent dégrader les propriétés de tenue mécanique de la pièce, par exemple en créant localement des blocs de matrice dépourvus de fibres ou, inversement, des zones ayant un taux de fibres trop important ne permettant pas une bonne pénétration de la résine.
Il est donc souhaitable de pouvoir simuler la mise en forme d'une bande textile sur un moule de forme de révolution afin d'évaluer l'influence de cette mise en forme sur l'orientation des fils de chaîne et des fils de trame de la bande et en particulier l'ampleur des décadrages pouvant apparaître entre ces fils. Obiet et résumé de l'invention
A cet effet, selon l'invention, il est proposé un procédé de simulation de mise en forme d'une bande textile par enroulement sur un moule présentant une surface de révolution, la bande textile étant réalisée par tissage tridimensionnel entre une pluralité de couches de fils de chaîne et une pluralité de couches de fils de trame, les couches de fils de chaîne étant liées entre elles par des fils de trame,
caractérisé en ce qu'il comprend, pour chaque couche de fils de chaîne, le positionnement de points de croisement entre au moins une partie des fils de chaîne de la couche de fils de chaîne et au moins une partie des fils de trame, les fils de chaîne de ladite au moins partie de fils de chaîne comprenant un fil de chaîne de référence ayant une position axiale déterminée sur le moule, le positionnement des points de croisement comprenant, pour chaque fils de trame de ladite au moins partie de fils de trame :
le calcul d'un incrément de longueur d'enroulement pour chaque fil de chaîne de ladite au moins partie de fils de chaîne sur le moule,
le positionnement d'un point de croisement de référence correspondant au croisement entre le fil de trame et le fil de chaîne de référence,
le positionnement des points de croisement courants correspondant chacun à un croisement entre le fil de trame et un fil de chaîne de ladite au moins partie de fils de chaîne, le positionnement des points de croisement courants étant réalisé en fonction de la position du point de croisement de référence, de l'incrément de longueur d'enroulement calculé pour le fil de chaîne et de la géométrie de la surface sur laquelle la bande textile est déposée, le point de croisement de référence et les points de croisement courants formant dans le sens du fil de trame une rangée de points de croisement,
la génération d'un maillage tridimensionnel à partir d'éléments finis de type quadrangulaire, chaque élément fini étant créé à partir des points de croisement calculés, des incréments de longueur de fils de chaîne calculés et de la longueur initiale du fil de trame entre chaque point de croisement dans chaque rangée de points de croisement.
Ainsi, avec le procédé de l'invention, il est possible de simuler le positionnement relatif des fils de chaîne et des fils de trame lors de l'enroulement de la bande fibreuse sur un moule et de déduire de ce positionnement relatif les décadrages apparaissant dans la bande textile lors de sa mise en forme.
Selon un aspect du procédé de simulation de l'invention, la bande textile comprend des fils de chaîne de longueurs différentes et le calcul d'un incrément de longueur d'enroulement pour chaque fil de chaîne est réalisé en fonction des rapports de longueur entre les fils de chaîne. Dans ce cas, le procédé de l'invention est apte à simuler la mise en forme d'une bande fibreuse qui n'est pas plane en sortie de tissage du fait de la présence de fils de chaîne de longueur différente.
Selon un autre aspect du procédé de l'invention, le calcul d'un incrément de longueur d'enroulement pour chaque fil de chaîne est en outre réalisé suivant un premier mode de calcul d'incrément de longueur dans lequel l'incrément de longueur d'enroulement du fil de chaîne considéré est égal à l'incrément de longueur du fil de chaîne de référence multiplié par le rapport des longueurs entre le fil de chaîne considéré et le fil de chaîne de référence et suivant un deuxième mode de calcul d'incrément de longueur dans lequel l'incrément de longueur du fil de chaîne considéré est égale à l'incrément de longueur du fil de de chaîne référence multiplié par le rapport entre les longueurs restantes dans la bande textile du fil de chaîne de référence et du fil de chaîne considéré, le passage entre le premier mode et le deuxième mode de calcul étant progressif en pondérant la contribution du premier et du deuxième mode de calcul au cours de l'enroulement. Le procédé de simulation de l'invention prend ici en compte un phénomène constaté par la Titulaire : les décadrages dans la bande textile sont croissants en début d'enroulement puis décroissants en fin d'enroulement, ce qui est dû notamment au fait qu'il n'y a pas ou très peu de tension dans la bande au début de l'enroulement qui peut donc se déformer librement alors que cette tension est plus importante en fin d'enroulement au moins en raison de l'accumulation des tours sur le moule. Lors de son enroulement sur le moule, l'extrémité distale de la bande textile peut être maintenue par un dispositif apte à appliquer une tension variable sur la bande, ce qui influe encore sur la croissance et la décroissance des décadrages respectivement en début et en fin d'enroulement. Dans ce cas, le passage progressif entre le premier mode et le deuxième mode de calcul d'incrément de longueur est réalisé en pondérant la contribution du premier et du deuxième mode de calcul en fonction de la tension appliquée sur la bande.
Toutefois, la bande textile peut être aussi enroulée sans tension ou avec une tension constante. Dans ce cas, le passage progressif entre le premier mode et le deuxième mode de calcul d'incrément de longueur est réalisé en pondérant la contribution du premier et du deuxième mode de calcul en fonction de la progression de l'enroulement.
La position axiale du fil de chaîne de référence peut être fixe tout au long de l'enroulement ou varier au cours de celui-ci.
Selon un autre aspect du procédé de l'invention, le positionnement des points de croisement est en outre réalisé en fonction d'une zone de transition correspondant au passage entre la fin d'un tour complet de la bande textile sur le moule et le début d'un tour suivant. Par conséquent, le procédé de l'invention est apte à simuler la mise en forme de la bande textile de manière spécifique pour chaque tour de l'enroulement
Selon un autre aspect du procédé de l'invention, la surface du moule présente des parties ayant des rayons différents. Le procédé peut donc simuler la mise en forme d'une bande textile sur un moule ne correspondant pas à un cylindre parfait comme c'est le cas d'un carter de moteur aéronautique.
Dans un mode particulier de réalisation, les différentes étapes du procédé de simulation sont déterminées par des instructions de programmes d'ordinateur.
En conséquence, l'invention vise aussi un programme sur un support d'informations, ce programme étant susceptible d'être mis en œuvre dans un dispositif d'estimation ou plus généralement dans un ordinateur, ce programme comportant des instructions adaptées à la mise en œuvre des étapes d'un procédé d'estimation tel que décrit ci-dessus.
Ce programme peut utiliser n'importe quel langage de programmation, et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable.
L'invention vise aussi un support d'informations lisible par un ordinateur ou par un microprocesseur, et comportant des instructions d'un programme tel que mentionné ci-dessus.
Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple une disquette (floppy dise) ou un disque dur.
D'autre part, le support d'informations peut être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Le programme selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes particuliers de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en perspective montrant la mise en forme d'une bande textile par enroulement sur un moule ayant une forme de révolution,
la figure 2 est un schéma montrant un système de coordonnées cylindriques utilisé par le procédé de simulation de mise en forme d'une bande textile par enroulement sur un moule selon l'invention, la figure 3 est une vue schématique montrant le positionnement de points de croisement entre des fils de chaîne et des fils de trame conformément à un mode de réalisation de l'invention,
la figure 4 illustre un exemple de détermination de la position d'un point de croisement courant selon le procédé de l'invention, la figure 5 illustre un exemple de rectification de la position d'un point de croisement en fonction de l'épaisseur de bande textile déjà enroulée et de géométrie de l'enroulement,
les figures 6A et 6B sont des vues schématiques montrant l'enroulement de deux fils de chaîne sur des parties d'un moule ayant des rayons différents,
la figure 7 est une courbe montrant un exemple d'évolution de l'effort de traction sur une bande textile en fonction de l'angle d'enroulement.
Description détaillée de modes de réalisation
L'invention s'applique d'une manière générale à la simulation de mise en forme d'une bande textile par enroulement sur un moule présentant une surface de révolution, la bande textile étant réalisée par tissage tridimensionnel entre une pluralité de couches de fils de chaîne et une pluralité de couches de fils de trame.
La structure textile est réalisée de façon connue par tissage au moyen d'un métier à tisser de type jacquard sur lequel on a disposé un faisceau de fils de chaînes ou torons en une pluralité de couches, les fils de chaînes étant liés par des fils de trame. La texture fibreuse est réalisée par tissage tridimensionnel. Par « tissage tridimensionnel » ou « tissage 3D », on entend ici un mode de tissage par lequel certains au moins des fils de trame lient des fils de chaîne sur plusieurs couches de fils de chaîne ou inversement. Un exemple de tissage tridimensionnel est le tissage dit à armure « interlock ». Par tissage « interlock », on entend ici une armure de tissage dans laquelle chaque couche de fils de trame lie plusieurs couches de fils de chaîne avec tous les fils d'une même colonne de trame ayant le même mouvement dans le plan de l'armure.
Lors du tissage de la bande textile, les fils de trame sont introduits entre les fils de chaîne suivant une direction orthogonale à celle des fils de chaîne. Par conséquent, à l'issue du tissage et avant son enroulement sur le moule, la bande textile comporte des fils de chaîne et des fils de trame qui sont orthogonaux.
Le procédé de l'invention permet de simuler le positionnement entre les fils de chaîne et les fils de trame de la bande textile lorsque celle- ci est enroulée sur un moule de forme de révolution et de révéler notamment le décadrage qui peut se produire entre les fils de chaîne et les fils de trame lors de cette mise en forme. Par « décadrage », on entend ici tout angle entre un fil de chaîne et un fil trame qui est différent de 90°, angle initial de tissage entre les fils de chaîne et les fils de trame.
Les étapes du procédé de simulation de l'invention décrites ci-après peuvent être réalisées par des instructions d'un programme d'ordinateur ou logiciel de simulation correspondant. A cet effet, on utilise un dispositif de simulation de type ordinateur comportant notamment un processeur, une mémoire morte, une mémoire vive, une mémoire volatile et des moyens pour entrer des données. La mémoire morte du dispositif de simulation constitue un support d'enregistrement conforme à l'invention, lisible par le processeur et sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur ou logiciel de simulation conforme à l'invention, comportant des instructions pour l'exécution des étapes d'un procédé d'estimation selon l'invention décrites ultérieurement.
La figure 1 représente un moule 10 destiné à la mise en forme d'une bande textile 20 par enroulement, la bande 20 étant destinée à former le renfort fibreux d'un carter de soufflante de moteur aéronautique en matériau composite. Le carter est réalisé en injectant une résine dans la bande textile mise en forme sur le moule et en polymérisant ladite résine.
Comme illustrée sur la figure 1, la surface 10a du moule 10 sur laquelle la bande textile doit être enroulée ne correspond pas à un cylindre parfait mais comporte des brides verticales 11 et 12 présentes respectivement sur les deux extrémités du moule. La portion centrale 13 du moule 10 présente une surface proche de l'horizontale mais avec néanmoins des variations de rayons. Par conséquent, lors de sa mise en forme par enroulement, le procédé de l'invention va simuler la position des points de croisement entre les fils de chaîne et les fils de trame en fonction de la forme de la surface sur laquelle la bande textile est déposée, cette surface correspondant à la surface 10a du moule 10 lors du premier tour d'enroulement puis à celle de la bande textile enroulée au tour précédent pour les tours suivants.
La bande textile 20 a été obtenue par tissage tridimensionnel à armure interlock en utilisant des fils de chaîne de longueur différente en fonction de leur position, c'est-à-dire en fonction du rayon final de la portion de la pièce concernée, ici un carter. Par exemple, la bande textile 20 comprend des fils de chaîne d'une longueur plus importante sur ses lisières 21 et 22 et que dans sa partie centrale 23 car les lisières 21 et 22 sont destinées à être mises en forme sur les brides 11 et 12 qui présentent des rayons plus importants que la partie centrale 13 du moule 10. Le sens de rotation du moule 10 est indiqué par les flèches SR sur la figure 1.
Plus précisément et comme expliqué en détail ci-après, le procédé de l'invention utilise une méthode purement géométrique pour simuler le positionnement des points de croisement entre les fils, aucun calcul d'équilibre de la bande textile lors de son enroulement n'est réalisé. Le calcul du drapage de la bande textile se fait à partir d'une surface de révolution qui correspond à la surface sur laquelle la bande est enroulée. La simulation du positionnement des fils de chaîne et des fils de trame de la bande fibreuse consiste à calculer la position des points de croisement entre les fils de chaîne et les fils de trame par projection de la bande textile sur la surface d'enroulement et à générer un maillage tridimensionnel à partir d'éléments finis de type coque quadrangle. Chaque quadrangle comprend 4 nœuds chacun formé par un point de croisement, les côtés de chaque quadrangle étant formés par les longueurs des fils de chaîne et de trame présentes entre les nœuds, c'est- à-dire entre les points de croisement.
Le système global de coordonnées utilisé pour la simulation est un système de coordonnées cylindriques XYZ comme représenté sur la figure 2. Le logiciel de simulation travaille dans un repère local cylindrique dont les axes sont les suivants :
Xloc : direction axiale parallèle à l'axe X du moule 10 et à celui de l'arbre du moteur destiné à entraîner le moule 10 en rotation pendant l'enroulement ;
Yloc : direction radiale ;
Zloc: direction tangentielle (pour former un repère orthonormé direct). La position tangentielle des points créés par le logiciel de simulation est représentée par l'angle d'enroulement Θ.
Dans la simulation, le moule ne tourne pas. C'est la bande textile 20 qui tourne autour du moule. DE représente la direction tangentielle d'avancée de la bande textile 20 sur le moule 10, c'est-à-dire le sens d'enroulement de la bande. DE est dirigé dans un sens opposé au sens de rotation SR du moule 10 indiqué sur la figure 1.
La position de départ Po de l'enroulement est à une position angulaire fixe. L'enroulement commence à la position angulaire 0°, c'est- à-dire la position de départ Po, dans le système global de coordonnées, angle modifié éventuellement par un décalage tangentiel initial. Toutefois, la position du dernier point enroulé tourne autour du moule.
Une fois la position géométrique des points calculée, celle-ci reste fixe pour la suite du calcul.
L'enroulement se fait dans le sens trigonométrique direct.
Les fils de chaîne de la bande textile sont enroulés suivant la direction tangentielle tandis que les fils de trame sont positionnés suivant une direction approximativement parallèle à l'axe X du moule 10.
Selon le procédé de l'invention, le positionnement des points de croisement est réalisé à partir d'un fil de chaîne de référence ayant une position axiale déterminée sur le moule. La figure 3 illustre très schématiquement le principe du calcul et l'ordre du positionnement de chaque point de croisement sur une portion de bande textile 200 enroulée sur un moule 100 de forme de révolution. Des rangées successives de points de croisement sont créées dans le sens tangentiel de l'enroulement DE, à partir du point de départ de l'enroulement.
Par souci de simplification, seuls 5 fils de chaîne Ci à C5 et 5 fils de trame Ti à T5 sont représentés. Le fil de chaîne C3 représente ici le fil de chaîne de référence, c'est-à-dire le fil de chaîne dont la position axiale sur le moule 100 est identifiée tout au long de l'enroulement. La première rangée Rgl de points de croisement PCn à PCi5 correspond aux croisements entre le fil de trame Ti et les fils de chaîne Ci à C5. Cette première rangée correspond au départ de l'enroulement, c'est-à-dire à l'extrémité initiale de la bande textile 200 fixée sur la surface du moule 100.
La première rangée Rgl de points de croisement PCn à PCis est créée pour initialiser le calcul. Elle correspond à la position de départ Po représentée sur la figure 2. Cette rangée est créée sur une zone s'étendant au niveau de la moitié de l'épaisseur de la bande textile du premier tour d'enroulement de ladite bande sur le moule (la bande est enroulée sur plusieurs tours pour former la préforme finale). Pour créer cette première rangée :
- l'utilisateur définit, dans les données de calcul du logiciel de simulation, les positions des points des courbes définissant la surface du moule, à savoir la géométrie ou relief de la surface sur laquelle la bande textile est enroulée, et la surface finale du carter à réaliser (i.e. la surface externe après enroulement complet de la bande textile et injection et polymérisation de la résine dans la bande mise en forme) ;
- les positions des points de la première rangée Rgl sont calculées entre ces deux surfaces dans une zone s'étendant au-dessus de la surface du moule à une hauteur de celle-ci correspondant à la moitié de l'épaisseur de la bande textile car il s'agit du premier tour d'enroulement ;
- un décalage initial tangentiel peut être défini par l'utilisateur pour traduire le fait que le tissu peut ne pas être accroché sur le moule suivant exactement un fil de trame.
Le logiciel mettant en œuvre le procédé de l'invention calcule ensuite la position de chaque point de croisement pour chaque rangée successive de points, ici les rangées Rg2 à Rg5. Pour chacune de ces rangées, le logiciel crée :
le point de croisement référence qui est positionné sur le fil de référence. La position axiale (Xloc) de ce fil de référence est maintenue constante lors du calcul. Ce fil de référence est situé vers le milieu (dans le sens axial X) du moule.
Les autres points de la rangée sont créés en partant du point de référence en se dirigeant vers la direction amont DAM du moule puis en se dirigeant vers la direction aval DAV du moule.
Par exemple, pour la deuxième rangée de points de croisement
PC21 à PC25 correspondant au croisement entre le fil de trame T2 et les fils de chaîne Ci à C5, le logiciel va d'abord calculer la position d'un point de croisement de référence correspondant ici au point PC23, à savoir le point de croisement entre le fil de trame T2 et le fil de chaîne de référence C3. Le logiciel calcule ensuite la position des autres points de croisement courants de cette deuxième rangée à partir de la position du point de croisement de référence et en fonction d'incréments de longueur des fils de chaîne calculés par le logiciel pour chaque rangée de points de croisement et de la géométrie de la surface sur laquelle cette partie de la bande textile est drapée. Pour la deuxième rangée de points, le logiciel calcule, d'une part, la position des points PC22 et PC21 situés du côté amont du point de croisement de référence PC23 et, d'autre part, la position des points PC24 et PC25 situés du côté aval du point de croisement de référence PC23. Le logiciel effectue les mêmes calculs de positionnement pour les points PC31 à PC35, PC41 à PC45 et PC51 à PC55 correspondant respectivement aux troisième, quatrième et cinquième rangées de points de croisements dans le sens de l'enroulement.
La distance dans le sens axial, c'est-à-dire le sens trame, entre deux points de croisement adjacents est égale à l'espacement entre les deux fils de chaîne correspondant, cette distance pouvant varier en fonction de la variation du rayon du moule entre les deux points de croisement. La position des fils de trame par rapport aux fils de chaîne est alors déduite des points de croisement positionnés, la longueur des fils de trame initialement présente entre les fils de chaîne étant conservée. En effet, la conservation des abscisses curvilignes des rangées de points de croisement représentant les fils de trame permet de respecter le principe de non glissement des fils de trame par rapport aux fils de chaîne au niveau des croisements entre ces fils.
Il est ainsi possible de simuler les décadrages pouvant intervenir dans la bande textile lors de sa mise en forme par enroulement sur le moule.
A partir des points de croisement ainsi obtenus, le logiciel de simulation peut générer un maillage tridimensionnel avec des éléments finis de type coque formés par des quadrangles dont les côtés vont définir les directions des fils. Une fois les points de croisement calculés, ils ne sont plus modifiés afin de respecter le fait que la bande textile enroulée ne glisse pas.
Pour chaque nouvelle rangée de points de croisement ajoutée par le logiciel, celui-ci va calculer des incréments de longueurs de fils de chaîne. Ces incréments vont définir les longueurs des côtés des éléments finis du maillage coque (quadrangles) dans le sens chaîne produits par le logiciel. Le calcul de ces incréments de longueur dépend des longueurs relatives des fils de chaîne entre eux.
La position axiale (Xloc) de chaque point de croisement de référence sur le fil de référence correspond à la position axiale de ce fil qui est constante et définie par l'utilisateur dans les données du calcul.
La position tangentielle (Zloc) du point de référence de la rangée n (pour un angle d'enroulement θη) est égal à :
Figure imgf000014_0001
Avec d0 l'incrément d'angle d'enroulement défini par l'utilisateur entre deux rangées de points de croisement.
Pour le 1er point de croisement de référence, l'angle d'enroulement est nul par défaut ou égal à un éventuel décalage tangentiel initial défini par l'utilisateur dans les données du calcul.
La position radiale Rn (Yloc) du point de croisement de référence est définie de la façon suivante :
Rn = (Rk X ( max " βη) + Rk+1 (βη ~ min))/( max -β τϋη), SI min <-= βη <· = βηΐθχ■
Sinon, Rn = Rk
Avec :
- min et βπΐ3χ : angles définissant la position tangentielle de la zone de transition permettant de passer du tour k au tour k+1.,
k : indice du tour d'enroulement en cours de calcul. Si on est en dehors de la zone de transition, k correspond à l'indice du tour dans lequel est situé le point de référence. Sinon on est dans la zone de transition correspondant au passage du tour k au tour k+1.
Rk : rayon des points de croisement de référence pour le tour k. Rk = rayon de la surface du moule à la position axiale (Xloc) du point de croisement considéré + ((k-1) x épaisseur de la bande textile) + 1/2 épaisseur de la bande textile.
Le rayon de la surface du moule utilisé pour calculer Rk est issu des données de calculs saisies préalablement par l'utilisateur. Avant la simulation, l'utilisateur rentre la valeur du rayon du moule correspondant à une position axiale d'un point de croisement, ici la position axiale du point de croisement de référence.
Avec ces définitions, on calcule la nouvelle rangée Rgn avec un incrément de longueur de fil dl_n de fil de chaîne de référence égal à :
dL = d x Rn
Après avoir calculé la position du point de croisement sur le fil de chaîne de référence, le logiciel de simulation calcule la position des autres points de croisement, dits « points de croisement courant », sur la rangée considérée. La figure 4 montre un exemple de calcul de points de croisement courants. Dans cet exemple, on suppose que les trois points de croisement PCA, PCB et PCc sont déjà créés. Les points de croisement PCA et PCc sont deux points consécutifs sur la rangée n-1, par exemple des points de la première rangée de points de croisement (rangée Rgl de la figure 2) ou d'une autre rangée de points de croisement déjà créée. Le point de croisement PCB est un point de la rangée suivante n dans la direction de chaîne De. On cherche à calculer la position du nouveau point PCD, qui est le suivant du point PCB sur la rangée n. Les points PCA et PCB peuvent être des points de croisement de référence ou des points de croisement courants. Par conséquent, les points de croisement courants peuvent être déterminés directement ou indirectement en fonction du point de croisement de référence. En effet, si le point de croisement courant dont les coordonnées doivent être déterminées est adjacent au point de croisement de référence de la rangée de points considérée, le positionnement du point de croisement courant est réalisé en fonction de la position du point de croisement de référence. En revanche, si le point de croisement courant dont les coordonnées doivent être déterminées n'est pas adjacent au point de croisement de référence de la rangée de points considérée, le positionnement du point de croisement courant est réalisé en fonction de la position du point de croisement courant adjacent déjà calculée directement ou indirectement à partir de la position du point de croisement de référence. Le calcul de la position d'un point de croisement courant se fait de proche en proche.
PCD est déterminé tel que :
[PCB, PCD] = [PCA, PCC] = conservation des abscisses curvilignes suivant la direction de trame DT. On détermine ici la position axiale (Xloc) du point PCD. [PCc, PCD] = incrément de longueur du fil de chaîne considéré. On détermine ici la position tangentielle (Zloc) du point PCD.
La position radiale (Yloc) du point PCD est tout d'abord déterminé comme correspondant à la position radiale dans le plan formé par les points PCA, PCB et PCc dont on connaît les coordonnées cylindriques (Xloc, Yloc, Zloc).
La bande textile destinée à être enroulée sur le moule est tissée de façon à ce que les longueurs des fils de chaîne soient différentes selon la position de ces fils (technologie d'appel différentiel des fils). Par exemple, les longueurs des fils de chaîne doivent être plus importantes dans les brides latérales du moule (brides 11 et 12 sur la figure 1) que dans la partie centrale puisque les rayons des points de croisement sur les brides sont supérieurs aux rayons des points de croisement sur la partie centrale. Le logiciel de simulation prend en compte cette différence de longueur dans le calcul des incréments de longueur des fils de chaîne. L'utilisateur définit les rapports de longueur des fils de chaîne dans les données du calcul.
Le logiciel de calcul rectifie ensuite la position du point PCD déterminée précédemment en tenant compte de l'épaisseur de bande fibreuse déjà enroulée avant le tour en cours d'enroulement. La rectification concerne principalement la position radiale du point PCD qui doit être déterminée suivant une projection orthogonale depuis la surface du moule à la position axile considérée.
Un exemple de rectification de position est illustré sur la figure 5. Les points Au, A,, Ai+1 sont les points successifs définissant la courbure de la surface du moule suivant les directions axiale DA et radiale DR de celui- ci. Ces points sont définis dans les données du calcul du logiciel de simulation. Le point PCD est celui issu du calcul de l'étape décrite ci-avant. Le point PCDp est la projection du point PCD sur l'un des segments de la courbure de la surface inférieure du moule. Le point PCDi est situé sur le segment [PCDp, PCD] et la longueur (PCDp, PCDI) est égale à l'épaisseur du tissu au point PCD. Cette épaisseur est égale :
à l'épaisseur des tours de bande textile déjà enroulés sous le point PCD, augmentée de la demi-épaisseur du tour auquel appartient le point PCD. Si le point PCD est dans la zone de transition permettant de passer du tour k au tour k+1, l'épaisseur prend en compte une transition linéaire permettant de passer du tour k au tour k+1, suivant la formule déjà décrite ci-dessus pour les points du fil de chaîne de référence.
PCDi correspond donc à la position radiale (Yloc) consolidée du point PCD.
Le calcul des incréments de longueur des fils doit en outre tenir compte de la progression de l'enroulement pour une simulation optimale. En effet, la Titulaire a observé que l'ampleur des décadrages varie de manière non homogène au cours de l'enroulement. Selon un mode de réalisation particulier, le procédé de l'invention et son logiciel associé peuvent ainsi prendre en compte le fait que la partie de la bande textile restant à enrouler est accrochée à son extrémité et que vers la fin de l'enroulement cette extrémité se rapproche de la zone d'enroulement du tissu, en calculant les incréments de longueur suivant un premier et un deuxième modes de calcul. Cette fixation vient influencer le positionnement des points en tendant à redresser les éventuels décalages tangentiels qui ont pu apparaître au cours du calcul. Cette influence est prise en compte dans le deuxième mode de calcul.
Le premier mode de calcul est utilisé en début d'enroulement, c'est- à-dire lorsque l'extrémité distale de la bande textile est encore loin de l'enroulement et que l'effort de tension dans la bande textile est faible. Dans ce cas, la bande textile peut se déformer librement et l'incrément de longueur d'un fil de chaîne est égal à l'incrément de longueur sur le fil de chaîne de référence multiplié par le rapport des longueurs entre ces deux fils dont la valeur est fournie au logiciel comme donnée d'entrée.
Le deuxième mode de calcul est utilisé en fin d'enroulement lorsque l'extrémité de la bande textile approche de la zone d'enroulement et que l'effort de tension sur la bande est important. Dans ce cas, la bande ne peut pas se déformer librement et à tendance à se redresser, la déformation dans la partie enroulée étant similaire à la déformation dans la partie restante de la bande. Dans ce deuxième mode, l'incrément de longueur d'un fil de chaîne est égal à l'incrément de longueur sur le fil de référence multiplié par le rapport des longueurs de bande textile restante sur ces deux fils, la longueur initiale de la bande étant fournie au logiciel comme donnée d'entrée. Le passage du premier mode de calcul au deuxième mode de calcul est réalisé progressivement en appliquant une pondération variable entre les deux modes de calcul au fur et à mesure de la progression de l'enroulement.
Les figures 6A et 6B illustrent un exemple de ces deux modes de calcul. La figure 6A présente la position de deux fils de chaîne d'une bande textile 50 au départ de son enroulement sur un moule 60, le fil 51 correspondant au fil de chaîne de référence et le fil 52 un autre fil de chaîne de la bande 50. La longueur totale de la bande 50 au début de l'enroulement est définie par l'utilisateur dans les données de calcul du logiciel de simulation. Cette longueur est définie pour le fil de chaîne de référence. La longueur totale des autres fils de chaîne se déduit en multipliant la longueur du fil de chaîne de référence par le rapport des longueurs entre chaque fil de chaîne et le fil de chaîne de référence (également défini dans les données de calcul).
Les points PC3 et PC4 correspondent aux extrémités distales des fils de chaîne 51 et 52 qui sont maintenues par un système mobile piloté en tension (non représentés sur les figures 6A et 6B). Les points PCi et PC2 correspondent respectivement aux extrémités proximales des fils de chaînes 51 et 52 fixées sur le moule 60.
Un fil de trame 70 croise le fil de chaîne de référence 51 au point PCi et le fil de chaîne 52 au point PC2. De même, un fil de trame 72 croise le fil de chaîne de référence 51 au point PC3 et le fil de chaîne 52 au point
PC4.
La figure 6B présente la position des fils de chaîne 51 et 52 après enroulement de la bande d'un angle Θ. Le fil de chaîne de référence 51 est enroulé sur une zone du moule 60 présentant un rayon supérieur à la zone du moule sur laquelle le fil de chaîne 52 est enroulé.
Après enroulement de la bande textile 50 sur le moule 60 d'un angle Θ comme illustré sur la figure 3B, les points PCi et PC2 ont tournés du même angle Θ et les points PC3 et PC4 se sont rapprochés de la partie déjà enroulée de la bande. Les points PC5 et PC6 correspondent respectivement aux points de croisement entre le fil de chaîne de référence 51 et le fil de chaîne 52 avec un fil de trame 71. Dans l'exemple illustré sur la figure 6B, si le point PC5 correspond au point de tangence du fil de chaîne de référence 51 avec le moule 60 après enroulement de la bande textile 50 sur le moule 60 d'un angle Θ, le point PC6 est quant à lui déjà présent dans la partie de la bande 50 enroulée sur le moule 60 montrant l'existence d'un décadrage à ce niveau dans la bande textile. En fonction du décadrage, le point PC6 pourrait également se trouver dans la partie de la bande textile 50 qui n'est pas encore enroulée sur le moule 60. Par ailleurs, si aucun décadrage n'est présent au niveau des points de croisement entre les fils de chaîne 51 et 52 et le fil de trame 71, les points PC5 et PC6 correspondraient aux points de tangence des fils 51 et 52 avec le moule 60.
Connaissant l'incrément de longueur [PCi, PC5] du fil de chaîne de référence 51, le logiciel peut calculer l'incrément de longueur [PCi, PC6] du fil de chaîne 52 suivant les deux modes de calcul définis.
Suivant le premier mode de calcul, l'incrément [PC2, PC6]i est égal à l'incrément [PCi, PC5] multiplié par le rapport des longueurs des fils de chaîne 51 et 52 fourni au logiciel comme donnée d'entrée.
Suivant le deuxième mode de calcul, l'incrément [PC2, PC6]2 est égal à l'incrément [PCi, PC5] multiplié par le rapport [PC6, PC4]/[PC5, PC3] correspondant au rapport des longueurs restantes des fils de chaîne 51 et 52.
Pour chaque nouveau point de croisement, le logiciel de simulation calcule les incréments de longueurs [PC2, PC6]i et [PC2, PC6]2 suivant les deux modes de calcul et les combine avec une fonction de pondération pour déterminer l'incrément de longueur final [PC2, PC6], A titre d'exemple non limitatif, l'incrément de longueur final [PC2, PC6] peut être déterminé de la façon suivante :
[PC2, PC6] = [PC2, PC6]i X (1-a) + [PC2, PC6]2 x a
avec a = (Effort - Effort Min)/(EffortMax - EffortMin)
Cette pondération se fait en fonction de la valeur de l'effort de traction appliqué au tissu. L'évolution de cet effort au cours du calcul est définie par l'utilisateur dans les données du logiciel. EffortMax et EffortMin sont les valeurs maximales et minimales de l'effort, et Effort est la valeur courante. Lorsque l'effort est égal à l'effort minimal, le calcul de l'incrément de longueur [PC2, PC6] se fait suivant le premier mode de calcul uniquement (a=0). Lorsque l'effort est égal à l'effort maximal, le calcul de [PC2, PC6] se fait suivant le deuxième mode de calcul uniquement (a=l). La figure 7 montre un exemple d'évolution de l'effort de traction en fonction de l'angle d'enroulement.
Selon une première configuration d'enroulement, la bande textile présente une longueur définie correspondant au nombre de tours d'enroulement souhaités et est maintenue à son extrémité distale tout au long de l'enroulement, par exemple par un système mobile piloté en tension. Dans cette configuration, le passage progressif entre le premier mode de calcul et le deuxième mode de calcul est réalisé en fonction du pilotage de l'effort de tension sur la bande.
Selon une autre configuration, la longueur de bande textile enroulée peut être prélevée à partir d'une bande très longue stockée sur un dévidoir qui est coupée à la fin de l'enroulement. Dans cette configuration, la bande est enroulée sans tension ou avec une tension constante tout au long de l'enroulement, le passage progressif entre le premier mode de calcul et le deuxième mode de calcul étant géré en fonction de la progression de l'enroulement.
Le procédé de l'invention et son logiciel associé sont aptes à prendre en compte un enroulement réalisé sur plusieurs tours en identifiant la position de la zone de transition entre deux tours consécutifs.
Comme indiqué précédemment et afin de permettre au logiciel de simulation d'effectuer le calcul de la position des points de croisement et des éléments finis du maillage tridimensionnel, des données et/ou paramètres sont à fournir au dispositif de simulation. Ces données/paramètres peuvent être divisés en trois catégories : les données permettant de définir la géométrie du carter, les données permettant de définir la bande textile et les paramètres de pilotage des calculs.
Les données permettant de définir la géométrie du carter et la progression de l'enroulement sont :
- les surfaces du moule sur lesquelles la bande textile doit être mise en forme par enroulement,
- le nombre de tours de l'enroulement,
- la position de la zone de transition entre deux tours consécutifs. Concernant les surfaces d'enroulement du moule, celles-ci peuvent être issues d'un modèle de CAO du moule réalisé par exemple avec le logiciel Catia®. Dans le logiciel de simulation de l'invention, ces surfaces sont définies comme les lignes d'intersections de ces surfaces CAO avec un plan radial. Ces lignes sont ensuite discrétisées par un utilisateur avec un logiciel de prétraitement par éléments finis pour définir les positions de départ des fils de chaîne au début du premier tour d'enroulement.
Les données permettant de définir la bande textile sont :
- les rapports de longueur des fils de chaîne,
- la longueur initiale de fil de trame entre les points de croisement,
- la position axiale du fil de chaîne de référence,
- la longueur initiale de la bande textile ou la longueur prélevée pour l'enroulement.
Les rapports de longueur des fils de chaîne peuvent être définis de deux manières. Suivant une première manière, ils sont calculés automatiquement par le logiciel à partir de la définition géométrique du carter. Le logiciel calcule alors les longueurs des fils nécessaire pour pouvoir draper sans décadrage la surface du moule. Selon une deuxième manière, les longueurs des fils de chaîne sont introduites par un utilisateur dans le dispositif de simulation à partir de mesures réalisées sur des prototypes de pièce. Ces mesures peuvent correspondre à des mesures de longueur des fils de chaîne réalisées au moment du tissage de la bande textile ou à des mesures de décadrage réalisées lors de l'enroulement. Dans ce dernier cas, les rapports de longueur des fils de chaîne peuvent être déduits de ces mesures de décadrage.
Les paramètres de pilotage des calculs sont :
- le passage (pondération) entre le premier mode de calcul et le deuxième mode de calcul (progression de l'enroulement, évolution de l'effort de tension, etc.)
- le nombre de rangées de point de croisement par tour.
Le logiciel de simulation de l'invention peut notamment produire des fichiers de données relatives au drapage de la bande sur le moule, comme par exemple les angles présents entre les fils de chaîne et de trame. Ces données peuvent être ensuite exploitées avec un logiciel de tableur, comme le logiciel Excel® par exemple, afin de réaliser des comparaisons de courbes de décadrages entre les valeurs calculées et les valeurs mesurées. Les données peuvent être également produites dans un fichier au format neutre visualisable dans un logiciel d'exploitation des résultats par éléments finis, ce qui permet d'obtenir des cartographies des valeurs de décadrages tour par tour.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de simulation de mise en forme d'une bande textile (20) par enroulement sur un moule (10) présentant une surface de révolution, la bande textile étant réalisée par tissage tridimensionnel entre une pluralité de couches de fils de chaîne (Ci-Cs) et une pluralité de couches de fils de trame (T1-T5), les couches de fils de chaîne étant liées entre elles par des fils de trame,
caractérisé en ce qu'il comprend, pour chaque couche de fils de chaîne, le positionnement de points de croisement (PC11-PC15, PC21-PC25, PC31-PC35, PC41-PC45, PC51-PC55) entre au moins une partie des fils de chaîne de la couche de fils de chaîne et au moins une partie des fils de trame, les fils de chaîne (C1-C5) de ladite au moins partie de fils de chaîne comprenant un fil de chaîne de référence (C3) ayant une position axiale déterminée sur le moule, le positionnement des points de croisement (PC11-PC15, PC21-PC25, PC31-PC35, PC41-PC45, PC51-PC55) comprenant, pour chaque fil de trame (Ti ; T2 ; T3 ; T4 ; Ts) de ladite au moins partie de fils de trame :
le calcul d'un incrément de longueur d'enroulement pour chaque fil de chaîne (C1-C5) de ladite au moins partie de fils de chaîne sur le moule,
le positionnement d'un point de croisement de référence (PC13) correspondant au croisement entre le fil de trame (Ti) et le fil de chaîne de référence (C3),
- le positionnement des points de croisement courants (PC11,
PC12, PC14, PC15) correspondant chacun à un croisement entre le fil de trame (Ti) et un fil de chaîne (Ci, C2, C4, Cs) de ladite au moins partie de fils de chaîne, le positionnement des points de croisement courants étant réalisé en fonction de la position du point de croisement de référence (PC13), de l'incrément de longueur d'enroulement calculé pour le fil de chaîne et de la géométrie de la surface sur laquelle la bande textile est déposée, le point de croisement de référence (PC13) et les points de croisement courants (PC11, PC12, PC14, PC15) formant dans le sens du fil de trame une rangée de points de croisement,
- la génération d'un maillage tridimensionnel à partir d'éléments finis de type quadrangulaire, chaque élément fini étant créé à partir des points de croisement calculés, des incréments de longueur de fils de chaîne calculés et de la longueur initiale du fil de trame entre chaque point de croisement dans chaque rangée de points de croisement.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bande textile comprend des fils de chaîne de longueur différente (51, 52) et en ce que le calcul d'un incrément de longueur d'enroulement (AE, BF) pour chaque fil de chaîne (51, 52) est réalisé en fonction des rapports de longueur entre les fils de chaîne (51, 52).
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le calcul d'un incrément de longueur d'enroulement (AE, BF) pour chaque fil de chaîne (51, 52) est en outre réalisé suivant un premier mode de calcul d'incrément de longueur dans lequel l'incrément de longueur d'enroulement du fil de chaîne considéré (52) est égal à l'incrément de longueur (AE) du fil de chaîne de référence (51) multiplié par le rapport des longueurs entre le fil de chaîne considéré (52) et le fils de chaîne de référence (51) et suivant un deuxième mode de calcul d'incrément de longueur dans lequel l'incrément de longueur du fil de chaîne considéré (52) est égale à l'incrément de longueur (AE) du fil de chaîne de référence multiplié par le rapport (FD/EC) entre les longueurs restantes dans la bande textile du fil de chaîne de référence (51) et du fil de chaîne considéré (52), le passage entre le premier mode et le deuxième mode de calcul étant progressif en pondérant la contribution du premier et du deuxième mode de calcul au cours de l'enroulement.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'extrémité distale de la bande textile est maintenue par un dispositif apte à appliquer une tension variable sur la bande et en ce que le passage progressif entre le premier mode et le deuxième mode de calcul d'incrément de longueur est réalisé en pondérant la contribution du premier et du deuxième mode de calcul en fonction de la tension appliquée sur la bande.
5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la bande textile est enroulée sans tension ou avec une tension constante et en ce que le passage progressif entre le premier mode et le deuxième mode de calcul d'incrément de longueur est réalisé en pondérant la contribution du premier et du deuxième mode de calcul en fonction de la progression de l'enroulement.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la position axiale du fil de chaîne de référence est fixe tout au long de l'enroulement.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la position axiale du fil de chaîne de référence varie au cours de l'enroulement.
8. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le positionnement des points de croisement est en outre réalisé en tenant compte de la variation d'épaisseur progressive de d'une zone de transition correspondant au passage entre la fin d'un tour complet de la bande textile sur le moule et le début d'un tour suivant.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la surface (10a) du moule (10) présente des parties (11, 12, 13) ayant des rayons différents.
10. Programme comportant des instructions pour l'exécution des étapes du procédé de simulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 lorsque ledit programme est exécuté par un ordinateur ou par un microprocesseur.
11. Support d'enregistrement lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme d'ordinateur comprenant des instructions pour l'exécution des étapes du procédé de simulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.
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