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Statistical mechanical framework for discontinuous composites : application to the modeling of flow in SMC compression molding
Les Sheet Molding Compounds (SMC) sont des matériaux composites formés de mèches de fibres coupées et d une résine thermodurcissable. Ils sont mis en forme par moulage par compression et sont connus pour présenter des comportements rhéologiques complexes, difficiles à modéliser et dépendant de l évo...
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| Auteurs principaux : | , , , , , |
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| Collectivités auteurs : | , , |
| Format : | Thèse ou mémoire |
| Langue : | anglais |
| Titre complet : | Statistical mechanical framework for discontinuous composites : application to the modeling of flow in SMC compression molding / François Mahé; sous la direction de Christophe Binétruy et de Suresh G. Advani et de Julien Férec |
| Publié : |
2023 |
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| Note sur l'URL : | Accès au texte intégral |
| Note de thèse : | Thèse de doctorat : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces : Ecole centrale de Nantes : 2023 |
| Sujets : |
| Résumé : | Les Sheet Molding Compounds (SMC) sont des matériaux composites formés de mèches de fibres coupées et d une résine thermodurcissable. Ils sont mis en forme par moulage par compression et sont connus pour présenter des comportements rhéologiques complexes, difficiles à modéliser et dépendant de l évolution du renfort fibreux.Des observations tomographiques, sur une série d incomplets pour différents matériaux SMC, met en évidence plusieurs mécanismes de transformation du renfort fibreux en fonction de ses caractéristiques. Ces constats soulignent l implication des contacts et de la friction entre mèches dans la déformation de ces matériaux, mécanismes internes généralement négligés dans les approches de modélisation actuelles.Un nouveau cadre de mécanique statistique est développé pour modéliser le comportement de milieux fibreux discontinus et aléatoires. Un générateur de mésostructures est implémenté pour étudier les forces de contacts dans un empilement fibreux. A l échelle macroscopique, le comportement de la mésostructure est décrit analytiquement par une approche probabiliste, en accord avec les résultats des simulations numériques.Dans le cas de l écoulement des SMC, cette démarche mène à la formulation d'un modèle de comportement mixte fluide/solide, régi par la distribution des forces de contact à l intérieur du renfort fibreux. Un protocole expérimental d identification de ce modèle est développé et appliqué à différents types de matériaux SMC. Sheet Molding Compounds (SMC) are composite materials made of chopped fiber bundles and a thermosetting resin. They are processed by compression molding and are known to exhibit complex rheological behaviors, difficult to model and coupled to the evolution of the fibrous reinforcement.Tomographic observations, on a series of short shots of different SMC materials, highlight several transformation mechanisms of the fibrous network according to its characteristics. They reveal the involvement of contacts and friction forces between fiber bundles in the compression deformation of SMC materials. These internal mechanisms are generally neglected in current modeling approaches.A new framework of statistical mechanics is developed to model the behavior of discontinuous and random fibrous media. A mesostructure generator is implemented to study the contact forces in a fibrous stack. At the macroscopic scale, the behavior of the mesostructure is described analytically by a probabilistic approach, in agreement with the results of numerical simulations.This framework applied to the flow of SMC materials leads to a mixed fluid/friction model, governed by probabilistic contact forces within the fibrous reinforcement. An experimental characterization protocol is proposed to identify the rheological parameters of this model and applied to different types of SMC materials. |
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| Variantes de titre : | Un cadre de mécanique statistique pour les composites discontinus : application à la modélisation de l écoulement du moulage par compression de matériaux SMC |
| Notes : | Titre provenant de l'écran-titre Ecole(s) Doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes) Partenaire(s) de recherche : Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique (Nantes) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Laurent Orgéas (Président du jury) ; Charles L. III Tucker (Membre(s) du jury) ; Laurent Orgéas, Luise Kärger (Rapporteur(s)) |
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