Grant: Strategic Projects - Group

The application of textile composites in engineered products has been driven by their ease of formability from an original two-dimensional planar shape to complex three-dimensional shapes, along with the combination of light weight and high stiffness and strength. These attractive material behavioral aspects have made textile composites of interest in a number of industries including aerospace, sports, and automotive. Among different types of textile composites, woven fabrics are sometime used as an interlaced assembly of weft and warp commingled yarns composed of reinforcing fibers and thermoplastic matrix material filaments. An in-depth understanding, and consequently improvement, of the forming processes applied to woven fabrics requires proper material modeling and simulation tools. Such models and tools can be vital during the optimization of forming processes to avoid costly replacement or reproduction of manufacturing components such as molds. This project primarily aims at developing a modeling and optimization tool to improve the mechanical performance of woven laminates in a continuous roll forming process used in the production of customized slab profiles in bridge decks. To avoid severe mechanical failures at the end of the process, trial and error methods are commonly used to vary the manufacturing parameters such as the number of forming stages and the shape of forming rolls. The proposed tool aims to approach the problem with a systematic robust design-of-experiments methodology where finite element simulations can replace the experimental trial and errors which are often costly. The main expected outcomes are to reduce cost, time, and human resources needed for the enhancement of the mechanical performance of roll formed parts. The advantages of the new bridge decks compared to traditional timber decks include more durability with an estimated 75 years service life, less weight per surface area, superior fatigue resistance, and easier installation/replacement. L'utilisation de composites utilisant des renforts tissés pour le développement d'applications haute performance repose grandement sur la facilité qu'offrent ces matériaux à se conformer à des formes tridimensionnelles complexes, sur leur faible densité ainsi que sur leur rigidité et résistance élevées. Ces caractéristiques attrayantes ont d'ailleurs permis aux composites textiles de s'imposer dans plusieurs secteurs incluant l'aérospatiale, les sports et loisirs et l'industrie automobile. Parmi les différents types de composites disponibles utilisant des renforts tissés, plusieurs sont disponibles sous la forme de tissus dont la trame et la chaîne sont composées de fibres de renforts et de filaments de matrice thermoplastique. La compréhension détaillée et l'optimisation des processus de mise en forme de ces matériaux nécessitent cependant le développement de modèles et d'outils de simulation. De tels modèles et outils sont essentiels à l'optimisation des procédés afin d'éviter les coûts élevés de remplacement ou de modification de l'outillage. Ce projet vise principalement à développer un outil de modélisation permettant d'optimiser la mise en oeuvre et les propriétés mécaniques de profils spécialement conçus pour la fabrication de tabliers de ponts fabriqués à l'aide d'un procédé de laminage en continu. Afin d'éviter des défaillances mécaniques graves à la fin du procédé, une approche de type essais et erreurs est actuellement utilisée afin de déterminer plusieurs paramètres de fabrication tels que le nombre de station de formage nécessaire et la forme des rouleaux. L'outil proposé vise à résoudre ce problème en utilisant une méthodologie systématique de plan d'expérience robuste où les simulations par éléments finis peuvent remplacer l'approche d'essais et erreurs expérimentales qui est souvent coûteuse. Les principaux résultats prévus sont une réduction du coût, du temps, et des ressources humaines nécessaires au perfectionnement de l'ensemble du procédé. Les avantages des nouveaux ponts en comparaison au...