La connaissance du comportement de composites sous un état de contraintes multi-axial reste un enjeu majeur pour l’optimisation du dimensionnement des structures. La machine de fatigue bi-axiale présente au LGP permet de générer un état de contrainte bi-axial par l’utilisation d’éprouvettes cruciformes. La conception des éprouvettes reste un enjeu majeur pour les chercheurs pour répondre aux problèmes spécifiques liés aux matériaux composites. Un nouveau type d’éprouvette cruciforme en composite sera conçu en lien avec les problématiques liées au procédé d’infusion de résine liquide (LRI). Il sera ensuite fabriqué avec ce procédé et utilisé pour caractériser le comportement de composites en fatigue bi-axiale. Le suivi des essais sera réalisé en utilisant simultanément un système de corrélation d’images numériques et un système de thermographie infrarouge. La corrélation d’images est une technique optique de mesure de champs qui permet d’obtenir la cartographie des déplacements sur la totalité de la surface de l’éprouvette testée. La thermographie infrarouge permet d’avoir accès à la cartographie de température sur cette surface. Une corrélation entre les données provenant des deux systèmes sera effectuée pour tenter de remonter aux mécanismes d’endommagement des composites lors d’une sollicitation en fatigue bi-axiale. Une corrélation entre des données uni-axiales et bi-axiales sera effectuée. / Knowledge of the behavior of composite materials under multi-axial stress state remains a major objective for structure sizing and optimization. The bi-axial fatigue machine owned by the LGP allows generating a bi-axial stress state, using cruciform specimens. The design of such specimens is a real challenge for researchers to face the specific problems linked to composite materials. A new kind of cruciform specimen will be designed specifically for composite materials manufactured using the liquid resin infusion (LRI) process. It will be manufactured with this process and used to characterize the behavior of composite materials under bi-axial loading. The monitoring of the experiments will be achieved using simultaneously digital image correlation (DIC) to measure the displacements and infrared thermography to measure the temperature variations. DIC is a full field measuring technique which allows obtaining the full cartography of the displacements all over the surface of the specimen. Infrared thermography is also a full field measuring technique used to obtain the cartography of temperature on the whole surface of the specimen. A correlation between the data obtained with both systems will be attempted to identify the damage mechanisms of composites under bi-axial fatigue. A correlation between uni-axial and bi-axial data will also be attempted.

Kamouflagenät är ett viktigt verktyg inom försvarsindustrin där det används för att maskera eller dölja objekt från att bli visuellt upptäckta. Kamouflagenät är utformade för att efterlikna den omgivande miljön eller terräng som den appliceras vid. Traditionellt tillverkas kamouflagesystemen genom virkningsstekniken bi-axial varptrikå med två system inslagstrådar i 0° respektive 90°. För produktutvecklingens syfte att tillverka ett lätt kamouflagenät med lämpliga hållfasthetsegenskaper, undersöks tekniken multi-axial varptrikå med fyra system inslagstrådar i 0°, 90° och ±45°. Genom semi-strukturerade intervjuer med experter inom bi- och multi-axial varptrikå samlas det in information och fakta om multi-axial teknik. Detta fungerar som en grund för att avgöra om det är en möjlig teknik för den befintliga produkten. En teoretisk modellering utförs sedan för att undersöka, förutsäga samt jämföra beteenden och egenskaper hos de bi- och multi-axiella strukturerna. De semi-strukturerade intervjuerna resulterade i en omfattande och informativ faktainsamling om multi-axial teknik. Det inhämtades underlag gällande hur tillämpbar den multi-axiella tekniken är för kamouflagenät, samt information om maskinens begränsningar och trådorientering. Den teoretiska modelleringen innebär tillämpning av kända matematiska och fysikaliska begrepp, modelleringen lägger således en grund för att förstå mekaniska beteenden hos bi -och multi-axiella strukturer då de utsätts för små deformationer. Den teoretiska modelleringen resulterade i värden som beskriver styvheten hos de båda strukturerna vid deformationer på =0,01 i fyra riktningar. Kunskapen om lämpliga styvhetsegenskaper för kamouflagenät i kombination med resultatet från den teoretiska modelleringen lade en grund för att dra slutsatser om ifall multi-axiella strukturer, som är lika lätta som motsvarande bi-axiella strukturer vilka idag används i kamouflagenät, är lämpliga för att användas i kamouflagenät. Resultaten från modelleringen visar att de multi-axiella strukturerna i nästan samtliga fall har lägre elasticitetsmodul än deras motsvarande bi-axiella strukturer, detta innebär att det inte krävs lika stor kraft för att deformera de multi-axiella strukturerna. Modelleringen visar även att de båda strukturerna besitter olika egenskaper i olika riktningar, där de multi-axiella strukturerna beter sig likadant i alla fyra riktningar, till skillnad från de bi-axiella strukturerna som inte gör det. Enligt resultatet beror styvheten för de båda strukturerna på ett antal olika faktorer; trådtäthet, garnnummer och effektiv bredd, vilka appliceras som variabler i den teoretiska modelleringen. Modelleringen resulterade alltså därmed både till en förståelse för vilka faktorer som bidrar till skillnader i styvheten, och hur styvheten förhåller sig hos de båda strukturerna i olika riktningar. Studien visar att det i praktiken finns goda möjligheter för tillverkning av kamouflagenät i multi-axial varptrikå och att de multi-axiella strukturerna både kan göra kamouflagenäten mindre styva och bidra till isotropiska egenskaper. / Camouflage net is an essential device in the arms industry, where it is utilized to camouflage and hide objects from being visually detected. The camouflage net is designed to imitate the surrounding environment or terrain in which it is being applied. Traditionally, camouflage systems are manufactured using a knitting technique called bi-axial warp knitting with two systems of inlay yarns in 0° and 90° angles relative to the fabrics warp direction. To enhance the current product and produce light camouflage net with suitable strength properties, the multi-axial warp knitting technique with four systems of inlay yarns at 0°, 90° and ±45° angles is investigated. By utilizing semi-structured interviews with experts in the area of bi- and multi-axial warp knitting, can information and facts about multi-axial be collected and be used as a basis for concluding whether multi-axial is a suitable technique for the existing product. A theoretical modeling is then performed to examine, predict and compare the behaviors and properties of the bi- and multi-axial structures. The semi-structured interviews resulted in a comprehensive and informative collection of data about multi-axial technique. It also gathered information about the suitability and application of the technique to camouflage nets, as well as information regarding the machine’s limitations and thread orientation. The theoretical modeling involves the application of known mathematical and physical concepts, thus providing a foundation for understanding the mechanical behavior of bi- and multi-axial structures under small deformations. The theoretical modeling resulted in values that describe the stiffness of both structures at deformations of =0,01 in four directions. The knowledge of appropriate stiffness properties for camouflage nets, combined with the results from the theoretical modeling, laid the groundwork for drawing conclusions about the suitability of using multi-axial structures, which are as lightweight as the corresponding bi-axial structures currently used in camouflage nets. The modeling results show that the multi-axial structures generally have a lower initial modulus than their corresponding bi-axial structures, indicating that less force is required to deform the multi-axial structures. The modeling also reveals that the two structures exhibit different properties in different directions, with the multi-axial structures behaving similarly in all four directions, unlike the bi-axial structures. According to the results, the stiffness of both structures depends on several factors: thread density, yarn count, and effective width, which are applied as variables in the theoretical modeling. Thus, the modeling provides an understanding of the factors contributing to differences in stiffness and how the stiffness varies between the two structures in different directions. The study demonstrates that there are promising opportunities for manufacturing camouflage nets using multi-axial warp knit fabric in practice, and that the multi-axial structures can both reduce the stiffness of camouflage nets and contribute to isotropic properties.

Ce travail de thèse porte sur l'étude des relations structure/procédés de mise en forme/propriétés finales de matériaux polymères à base de PLA/PBAT. Ces derniers sont destinés à l'emballage alimentaire en vue de remplacer le polyéthylène téréphtalate (PET). Cependant le PLA a certaines limites de processabilité par les technologies de la plasturgie. Le renforcement de ses propriétés à l'état fondu a été obtenu grâce à l'introduction d'un époxyde multifonctionnel capable de réagir avec les bouts de chaînes des polyesters. Aussi, des mélanges à base de PLA/PBAT ont été mis en œuvre en vue de conférer la ductilité au matériau final. La première étape consiste en la compréhension des mécanismes de dégradation thermique et hydrolytique des deux polymères PLA et PBAT au cours des processus de mise en œuvre. En effet, la réaction d'extension des chaînes couplée au branchement induits par l'époxyde multifonctionnel palie cette dégradation. Les mécanismes d'extension de chaînes et de branchements sous-jacents ont été mis en évidence par l'analyse des énergies d'activation, des spectres de relaxation à l'état fondu ainsi que celle des grandeurs physico-chimiques en solution. En outre, les représentations de Van-Gurp-Palmen confirment la co-existence de chaînes macromoléculaires linéaires et aléatoirement branchées. La seconde étape de ce travail a été dédiée à la compatibilisation des mélanges PLA/PBAT par ce même époxyde multifonctionnel. Des études expérimentales modèles basées sur la détermination de la tension interfaciale et la modélisation rhéologique ont montré le rôle majeur de compatibilisant induit par cet agent réactif. Ainsi, la diminution de la tension interfaciale confère à ces matériaux une meilleure cohésion interfaciale et une morphologie fine et homogène de la phase dispersée, accompagnée par l'amélioration des propriétés mécaniques. L'étude des propriétés rhéologiques en cisaillement et en élongation des matériaux modifiés a permis de montrer une meilleure tenue mécanique à l'état fondu. Ainsi, une meilleure aptitude à l'extrusion gonflage a été démontrée en élargissant leurs cartes de stabilité. Parallèlement à ces travaux, des études de bi-étirage des polymères seuls, de leurs homologues modifiés et de leurs mélanges montrent un durcissement structural, dû à la cristallisation induite sous déformation. Les morphologies cristallines ont été analysées finement par des méthodes calorimétriques et spectroscopiques. Enfin, ces études ont été transposées à l'élaboration et à la compréhension des comportements d'une formulation industrielle complexe à base de PLA, PBAT et de farine céréalière plastifiée.

Ce travail de thèse porte sur l’étude des relations structure/procédés de mise en forme/propriétés finales de matériaux polymères à base de PLA/PBAT. Ces derniers sont destinés à l’emballage alimentaire en vue de remplacer le polyéthylène téréphtalate (PET). Cependant le PLA a certaines limites de processabilité par les technologies de la plasturgie. Le renforcement de ses propriétés à l’état fondu a été obtenu grâce à l’introduction d’un époxyde multifonctionnel capable de réagir avec les bouts de chaînes des polyesters. Aussi, des mélanges à base de PLA/PBAT ont été mis en œuvre en vue de conférer la ductilité au matériau final. La première étape consiste en la compréhension des mécanismes de dégradation thermique et hydrolytique des deux polymères PLA et PBAT au cours des processus de mise en œuvre. En effet, la réaction d’extension des chaînes couplée au branchement induits par l’époxyde multifonctionnel palie cette dégradation. Les mécanismes d’extension de chaînes et de branchements sous-jacents ont été mis en évidence par l’analyse des énergies d’activation, des spectres de relaxation à l’état fondu ainsi que celle des grandeurs physico-chimiques en solution. En outre, les représentations de Van-Gurp-Palmen confirment la co-existence de chaînes macromoléculaires linéaires et aléatoirement branchées. La seconde étape de ce travail a été dédiée à la compatibilisation des mélanges PLA/PBAT par ce même époxyde multifonctionnel. Des études expérimentales modèles basées sur la détermination de la tension interfaciale et la modélisation rhéologique ont montré le rôle majeur de compatibilisant induit par cet agent réactif. Ainsi, la diminution de la tension interfaciale confère à ces matériaux une meilleure cohésion interfaciale et une morphologie fine et homogène de la phase dispersée, accompagnée par l’amélioration des propriétés mécaniques. L’étude des propriétés rhéologiques en cisaillement et en élongation des matériaux modifiés a permis de montrer une meilleure tenue mécanique à l’état fondu. Ainsi, une meilleure aptitude à l’extrusion gonflage a été démontrée en élargissant leurs cartes de stabilité. Parallèlement à ces travaux, des études de bi-étirage des polymères seuls, de leurs homologues modifiés et de leurs mélanges montrent un durcissement structural, dû à la cristallisation induite sous déformation. Les morphologies cristallines ont été analysées finement par des méthodes calorimétriques et spectroscopiques. Enfin, ces études ont été transposées à l’élaboration et à la compréhension des comportements d’une formulation industrielle complexe à base de PLA, PBAT et de farine céréalière plastifiée. / The ultimate aim of the present thesis focuses on the structure/processing/properties relationship of the PLA/PBAT materials. The latters are intended for food packaging in order to replace poly (ethylene terephthalate (PET). However, PLA has a limited processability in conventional technologies of plastics industry. The strengthening of its melt properties has been achieved through the incorporation of a multifunctional epoxide, able to react with the end chains of polyesters. Furthermore, PLA/PBAT blends were prepared to make the final material more ductile. The first part of the study consists on the understanding of thermal and hydrolytic degradation mechanisms of neat PLA and PBAT polymers upon processing. Indeed, the degradation was overcome through the chain extension reaction coupled to branching, induced by the multifunctional epoxide. The chain extension and branching mechanisms were highlighted by the analysis of the activation energy and the relaxation spectra in the molten state as well as the physico-chemical properties in solution. Moreover, the Van-Gurp-Palmen plots confirm the co-existence of linear and randomly branched macromolecular chains. The second part has been dedicated to the compatibilization of PLA/PBAT blends by the multifunctional epoxide. Experimental models studies, based on the assessment of the interfacial tension, and the rheological modeling showed the major role of the reactive epoxide agent as a compatibilizer. Thus, the decrease of the interfacial tension gives a better cohesive interface with finer and homogenous morphology of the dispersed phase, accompanied with an improvement of the mechanical properties. The study of the shear and elongation rheological properties of modified materials showed an enhancement of their melt strength. Therefore, a better ability to be blown has been demonstrated, by expanding their stability maps. Besides, biaxial stretching studies of neat polymers, their modified counterparts as well as their blends show a structural strain hardening, due to a strain-induced crystallization. The crystalline phases were analyzed thanks to calorimetric and spectroscopic methods. Finally, the present studies have been used to elaborate and understand the behavior of a complex industrial formulation based on PLA, PBAT and thermoplastic cereal flour.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird das Versuchskonzept für zweiaxiale Zug-Zug-Versuche an textilbewehrten Betonscheiben behandelt. Diese Arbeit soll einen Beitrag leisten, die Kenntnisse aus dem Maschinenbau, der Mechanik in den Bereich der Bauingenieure und Baustoffe umzusetzen, um alle Effekte, die vom Versuchstand verursacht werden, öffentlich zu machen. Es ist ein Versuchskonzept zu erarbeiten, wie ein experimenteller Zug-Zug-Versuch optimal zu gestalten ist, um das Tragverhalten des textilbewehrten Betons genau zu ermitteln. Die Arbeit ist hauptsächlich in zwei Teile gegliedert. Der erster Teil befasst sich mit dem Thema „Versuchsvorbereitung“. Es beinhaltet folgende Hauptpunkte: • Der erste Punkt beschäftigt sich mit der Auswertung durchgeführter Versuche und deren Versuchsaufbauten. Hier werden Aspekte von der konstruktiven Auslegung der Rahmen bis zur Steuerung der Prüfmaschine behandelt. Es wird diskutiert, welche Effekte auf das Versuchsergebnis vom gewählten Hydrauliksystem bzw. von den Hydraulikzylinder und der Steuerung des Öldrucks ausgehen können. • Im zweiten Punkt wird eine Finite–Element–Simulationen durchgeführt, um die zweiaxialen Zug-Zug-Versuchskörper zu konzipieren. Mit Hilfe von einem Finite–Element– Programm, hier ATENA, wird die Probengeometrie mit den Randbedingungen des Versuchs nachgebildet und optimiert. • Der dritte Punkt beschäftigt sich mit dem Thema „Lasteinleitung“. Ein Konzept für die Verbindung und Kraftübertragung von Stahlplatten (Stahllasche) zur Lasteinleitung in „Beton“ soll entwickelt werden. • Der vierte Punkt beschreibt die gewählte Messmethode der Versuchsdurchführung, und wertet deren Potenzial und Möglichkeiten . Der zweiter Teil der vorliegenden Arbeit beschreibt detailliert die fünf durchgeführten zweiaxialen Zug–Zug–Versuche an mit AR-Glas textilbewehrten Betonscheiben. Die textilbewehrten Betonscheiben werden am Rahmen der zweiaxialen Prüfmaschine eingehängt und zweiaxial mit jeweils konstantem Verhältnis der Beanspruchung in Zug–Zug Richtung belastet, um den Versuchstand zu erproben und auszutesten. Die Gedanken, Ergänzungen und Erkenntnisse der Autorin im Zusammenhang mit dem textilbewehrten Beton und die hier auftretenden Effekte werden auch in diesem Kapitel behandelt. Das Schlusskapitel der Arbeit beinhaltet die Zusammenfassung und den weiteren Ausblick. Aus diesem Anlass werden die wissenschaftlichen Erkenntnisse der vorliegenden Arbeit zusammengefasst. / This doctoral thesis pertains to the conception for Bi–axial Tension–Tension Tests of thin textile reinforced concrete plates. This dissertation contributes to the application of mechanical engineering knowledge into the specific area of Material–Construction Engineering; all results obtained from experimental conditions will be released to the public. The conception of this testing regime is presented, as well as the manner in which an experimental Tension–Tension Test can optimally ascertain and accurately predict and describe load-bearing behaviour of textile reinforced concrete (TRC). This thesis is generally subdivided into two parts –“Test Preparation” and the detail of Bi-axial Tension-Tension testing on AR-Glass TRC plates. The “Test Preparation” component of this document includes the following four principal points. The first point is concerned with the assembly of testing equipment. Problems stemming from framework or lack of control over the testing machine are examined here. Negative effects on test results induced by the Hydraulic cylinder and related oil pressure are investigated and complemented in this section. The second point focuses on the numerical simulation used in order to determine the Bi–axial Tension–Tension Test samples. The specimen geometry given the testing boundary conditions was copied and optimized by means of a Finite–Element–Program (ATENA). The third point is concerned with the notion of “load application”. It was necessary to develop a premise for the loading transmission and connection between steel plates (steel mounting plates) and concrete cogs. The final point takes into account the methods used for measuring the Bi–axial Tension–Tension–test of this work. The second component present in this thesis describes in detail the five Bi–axial Tension–Tension–Tests conducted on AR–Glass TRC plates utilized to prove and ensure the accuracy of the experimental equipment. The TRC plate was built on frame of the bi-axial testing machine and received tensile loading in both directions. This loading relationship was held constant in both directions during the test. Furthermore, the author presents her own thoughts, as well as supplemental commentary, associated with textile reinforced concrete and the resulting experimental outcomes. The last chapter closes this doctoral thesis and includes the abstract of and further prospects for this study. All scientific cognitions are summarised in this chapter.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird das Versuchskonzept für zweiaxiale Zug-Zug-Versuche an textilbewehrten Betonscheiben behandelt. Diese Arbeit soll einen Beitrag leisten, die Kenntnisse aus dem Maschinenbau, der Mechanik in den Bereich der Bauingenieure und Baustoffe umzusetzen, um alle Effekte, die vom Versuchstand verursacht werden, öffentlich zu machen. Es ist ein Versuchskonzept zu erarbeiten, wie ein experimenteller Zug-Zug-Versuch optimal zu gestalten ist, um das Tragverhalten des textilbewehrten Betons genau zu ermitteln. Die Arbeit ist hauptsächlich in zwei Teile gegliedert. Der erster Teil befasst sich mit dem Thema „Versuchsvorbereitung“. Es beinhaltet folgende Hauptpunkte: • Der erste Punkt beschäftigt sich mit der Auswertung durchgeführter Versuche und deren Versuchsaufbauten. Hier werden Aspekte von der konstruktiven Auslegung der Rahmen bis zur Steuerung der Prüfmaschine behandelt. Es wird diskutiert, welche Effekte auf das Versuchsergebnis vom gewählten Hydrauliksystem bzw. von den Hydraulikzylinder und der Steuerung des Öldrucks ausgehen können. • Im zweiten Punkt wird eine Finite–Element–Simulationen durchgeführt, um die zweiaxialen Zug-Zug-Versuchskörper zu konzipieren. Mit Hilfe von einem Finite–Element– Programm, hier ATENA, wird die Probengeometrie mit den Randbedingungen des Versuchs nachgebildet und optimiert. • Der dritte Punkt beschäftigt sich mit dem Thema „Lasteinleitung“. Ein Konzept für die Verbindung und Kraftübertragung von Stahlplatten (Stahllasche) zur Lasteinleitung in „Beton“ soll entwickelt werden. • Der vierte Punkt beschreibt die gewählte Messmethode der Versuchsdurchführung, und wertet deren Potenzial und Möglichkeiten . Der zweiter Teil der vorliegenden Arbeit beschreibt detailliert die fünf durchgeführten zweiaxialen Zug–Zug–Versuche an mit AR-Glas textilbewehrten Betonscheiben. Die textilbewehrten Betonscheiben werden am Rahmen der zweiaxialen Prüfmaschine eingehängt und zweiaxial mit jeweils konstantem Verhältnis der Beanspruchung in Zug–Zug Richtung belastet, um den Versuchstand zu erproben und auszutesten. Die Gedanken, Ergänzungen und Erkenntnisse der Autorin im Zusammenhang mit dem textilbewehrten Beton und die hier auftretenden Effekte werden auch in diesem Kapitel behandelt. Das Schlusskapitel der Arbeit beinhaltet die Zusammenfassung und den weiteren Ausblick. Aus diesem Anlass werden die wissenschaftlichen Erkenntnisse der vorliegenden Arbeit zusammengefasst. / This doctoral thesis pertains to the conception for Bi–axial Tension–Tension Tests of thin textile reinforced concrete plates. This dissertation contributes to the application of mechanical engineering knowledge into the specific area of Material–Construction Engineering; all results obtained from experimental conditions will be released to the public. The conception of this testing regime is presented, as well as the manner in which an experimental Tension–Tension Test can optimally ascertain and accurately predict and describe load-bearing behaviour of textile reinforced concrete (TRC). This thesis is generally subdivided into two parts –“Test Preparation” and the detail of Bi-axial Tension-Tension testing on AR-Glass TRC plates. The “Test Preparation” component of this document includes the following four principal points. The first point is concerned with the assembly of testing equipment. Problems stemming from framework or lack of control over the testing machine are examined here. Negative effects on test results induced by the Hydraulic cylinder and related oil pressure are investigated and complemented in this section. The second point focuses on the numerical simulation used in order to determine the Bi–axial Tension–Tension Test samples. The specimen geometry given the testing boundary conditions was copied and optimized by means of a Finite–Element–Program (ATENA). The third point is concerned with the notion of “load application”. It was necessary to develop a premise for the loading transmission and connection between steel plates (steel mounting plates) and concrete cogs. The final point takes into account the methods used for measuring the Bi–axial Tension–Tension–test of this work. The second component present in this thesis describes in detail the five Bi–axial Tension–Tension–Tests conducted on AR–Glass TRC plates utilized to prove and ensure the accuracy of the experimental equipment. The TRC plate was built on frame of the bi-axial testing machine and received tensile loading in both directions. This loading relationship was held constant in both directions during the test. Furthermore, the author presents her own thoughts, as well as supplemental commentary, associated with textile reinforced concrete and the resulting experimental outcomes. The last chapter closes this doctoral thesis and includes the abstract of and further prospects for this study. All scientific cognitions are summarised in this chapter.