NantilusCouplage écoulement-déformation des renforts fibreux dans les procédés de mise en oeuvre des composites structuraux : Étude expérimentale, modélisation et contrôle
Dans une optique d allègement des structures, l industrie des transports s oriente depuis plusieurs années vers la production de pièces en composite de grandes dimensions. Le recours à des procédés de mise en oeuvre avec un fort couplage hydromécanique s avère indispensable pour répondre à une exige...
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| Collectivités auteurs : | , , |
| Format : | Thèse ou mémoire |
| Langue : | français |
| Titre complet : | Couplage écoulement-déformation des renforts fibreux dans les procédés de mise en oeuvre des composites structuraux : Étude expérimentale, modélisation et contrôle / Alexandre Hautefeuille; sous la direction de Sébastien Comas-Cardona |
| Publié : |
2019 |
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| Note de thèse : | Thèse de doctorat : Mécanique des Solides, des Matériaux, des Structures et des Surfaces : Ecole centrale de Nantes : 2019 |
| Sujets : |
| Résumé : | Dans une optique d allègement des structures, l industrie des transports s oriente depuis plusieurs années vers la production de pièces en composite de grandes dimensions. Le recours à des procédés de mise en oeuvre avec un fort couplage hydromécanique s avère indispensable pour répondre à une exigence de plus en plus importante portée sur la réduction des temps de cycle. Au cours de la mise en oeuvre du composite, une étape clé du procédé consiste en la consolidation des renforts pré-imprégnés. Cette étape consiste à combler l imprégnation du fluide dans le renfort fibreux par compression transverse de l ensemble. Elle peut entrainer un écoulement du fluide sur de longues distances (par exemple dans le cas du procédé d injection/compression RTM). L utilisation de résines de viscosité élevée (parfois au-delà de 10 Pa.s) couplée à des vitesses de compression élevées est susceptible de générer un écoulement ayant la capacité de déformer l architecture fibreuse. Ce couplage entre l écoulement du fluide visqueux et la déformation induite du renfort fibreux, lors de la consolidation du composite, est étudié dans les travaux de thèse. Les objectifs sont d identifier, de quantifier puis de contrôler les mécanismes mis en jeux pendant ce couplage. La mise au point et l utilisation de moyens expérimentaux spécifiques a permis d identifier une signature mécanique, puis de localiser le phénomène d emport de fibres sur une pièce plane de grandes dimensions. Un modèle de consolidation a ensuite été développé pour intégrer ces déformations induites dans le calcul du champ de pression de fluide lors de la consolidation du matériau composite. La résistance offerte à l écoulement par le renfort fibreux repose sur la friction intra-pli. Le développement d un banc de mesure a permis de quantifier cette résistance. Enfin, l équilibre entre la trainée visqueuse et la friction intra-pli a été modélisé pour anticiper les déformations induites. Ce modèle aboutit au contrôle de la consolidation par pilotage de la vitesse de compression. For the purpose of lightening structures, the transport industry has, for several years, been moving towards the production of large composite parts. The use of manufacturing processes with a strong hydromechanical coupling is essential to meet the growing needs for reduced cycle times. A key step in the process is the consolidation of the pre-impregnated fabric during composite processing. This step consists in complete the impregnation of the fluid in the fibrous reinforcement by transverse compression of the prepreg. The latter can generate a fluid flow over long distances (for example in the case of the I/C-RTM process). The use of high viscosity resins (sometimes above 10 Pa.s) coupled with high compression rates can generate a flow with the capacity to deform the fibrous architecture. The coupling between flow and induced deformations is addressed in this thesis. The objectives are to identify, quantify and control the mechanisms involved during the coupling of the flow and the deformation of the reinforcement. The development of specific experimental allowed to identify a mechanical signature, and then to localize the phenomenon of fibre washout on a large flat part. A model has been developed to integrate these induced deformations into the calculation of the fluid pressure field during the consolidation of the composite material. The flow resistance offered by the fibrous reinforcement is linked to the intra-pli friction. The development of a measurement bench allowed to quantify this resistance. Finally, the balance between the viscous drag and the friction forces is modelled to anticipate flow-induced in-plane deformations. This model results in the control of consolidation by driving the compression speed. |
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| Variantes de titre : | Flow-induced deformation of fibrous reinforcements in structural composite processing : Experimental study, modeling and control |
| Notes : | Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Nantes) Partenaire(s) de recherche : Institut de recherche en génie civil et mécanique (Nantes) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Eric Arquis (Président du jury) ; Sébastien Comas-Cardona, Eric Arquis, Samir Allaoui, Laurent Orgéas, Christophe Binétruy, Mylène Deléglise-Lagardère (Membre(s) du jury) ; Samir Allaoui, Laurent Orgéas (Rapporteur(s)) |
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