Angles de cisaillement lors d’un thermoformage de préimprégnés thermoplastiques Comparaisons expérience-simulation
 

Analyse mésoscopique de la compaction d’un renfort 3D. Comparaisons expérience-simulation

La fabrication des pièces en matériaux composites a principalement pour objectif de réduire la masse tout en bénéficiant de bonnes propriétés mécaniques. L’utilisation des composites s’est fortement développée récemment en particulier dans l’aéronautique. Des projets sont en cours dans le domaine automobile. L’analyse des procédés de fabrication, qui sont nombreux et divers, a pour objectif de déterminer les conditions de faisabilité et de connaître l’état de la pièce fabriquée, en particulier les directions des fibres, leur fraction volumique et les éventuels défauts. L’équipe Multimap du LaMCoS réalise des recherches concernant la mise en forme des composites. Il s’agit de développer des méthodes et logiciels de simulation de ces procédés composites. Les études sont réalisées au macroscopique (échelle de la pièce) mais aussi au niveau mésoscopique (échelle de la maille élémentaire). Des lois de comportement de milieux fibreux en grandes transformations sont développées et identifiées par des tests expérimentaux spécifiques. Au-delà des cadres hyperélastique et hypoélastique de Cauchy, des approches de mécanique des milieux continus généralisées sont développées dans le but de prendre en compte la rigidité locale de flexion des fibres. La dépendance très forte à la température est également analysée pour les préimprégnés thermoplastiques pour lesquels le thermoformage a lieu au voisinage de la fusion. Concernant ce procédé de thermoformage de préimprégnés thermoplastiques, l’analyse de la consolidation est importante. Les porosités créées par le chauffage du préimprégné doivent être supprimées par des compactions. Pour cela un élément prismatique de solide-coque a été développé avec une prise en compte de la contrainte transverse qui vérifie les conditions aux limites sur les surfaces extérieures de la coque. L’équipe Multimap développe le logiciel Plasfib de simulation de la mise en forme des composites. Des éléments de coques, de solide-coques, de coques fibreuses sont développés. Dans ce dernier cas, une cinématique particulière est mise en place. Les cinématiques de Kirchhoff et Mindlin sont remplacées par la quasi inextensibilité des fibres et le glissement avec frottement possible entre les fibres. Le cas de la mise en forme des renforts ou préimprégnés multicouches constituent un des objectifs des simulations. Les différentes approches de simulation sont validées par des comparaisons avec des essais de mise en forme. Une partie importante des recherches sont réalisées en collaboration avec des entreprises (Safran, Airbus, Solvay…) et dans le cadre de projets ANR et FUI. Les analyses mésoscopiques des mailles élémentaires textiles ont pour objectifs de déterminées numériquement les propriétés mécaniques (en particulier de compaction) et la perméabilité du renfort. Les modèles éléments finis pour ces analyses peuvent être obtenus à partir de tomographies X.