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2 - Mise en forme des composites à matrices organiques De manière générale la mise en forme des composites à matrices organiques s'effectue par moulage et comporte deux grandes étapes : 1 Disposer les fibres et la matrice liquide dans un moule ; 2 Solidifier la matrice
Matériaux composites et structures composites - éduscol
Matériaux composites et structures composites Edité le 17/05/2011 Lionel GENDRE Les matériaux composites permettent d'atteindre des niveaux de performances inégalés En effet ils possèdent une structure géométrique spécialement conçue pour leur conférer des propriétés
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des matériaux composites à fibres de verre dans l’industrie et l’artisanat Ces méthodes permettent la réalisation de pièces en petites et moyennes séries sans restriction de formes et dimensions Bien que la proportion de fibres puisse varier elle reste toutefois limitée Les pièces comportent une seule face lisse
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production de l’industrie des composites réticulés dans les matériaux composites polymère et cimentaire ainsi que le développement de nouveaux composites à base de fibres naturelles fonctionnalisées et de matrices biosourcées
Comment fabriquer des matériaux composites ?
Une fibre de carbone fait cinq à sept microns d’épaisseur, et on utilise des milliers de fibres pour fabriquer des matériaux composites. Le deuxième élé ment est la matrice organique, dont le rôle est de maintenir toutes ces fibres ensemble, comme une colle, et de les protéger en transférant toutes les contraintes de fibres en fibres.
Quels sont les différents types de matériaux composites ?
Comme son nom l’indique, un matériau composite est com - posé de plusieurs éléments (Figure 1), dont le premier, qui est essentiel, est la fibre de renforcement. Typiquement, il s’agit du carbone ou du verre. Une fibre de carbone fait cinq à sept microns d’épaisseur, et on utilise des milliers de fibres pour fabriquer des matériaux composites.
Quels sont les avantages des matériaux composites sur les matériaux métalliques ?
Le choix fondamental se fait entre une matrice Les avantages des matériaux composites sur les matériaux métalliques sont : leur grande rigidité et leur forte spécificité qui permettent de réaliser des structures plus légères et plus efficaces, une grande flexibi- lité dans le design (Figure 2), et la résistance à la fatigue.
Quel est l'intérêt des matériaux composites?
Les matériaux composites suscitent un intérêt croissant de la part de nombreux secteurs industriels, et leur emploi tend à se généraliser.
'123' 78
9 ifi
UNIVERSITÉifiDEifiMONTRÉALifi
ifi ifi ifi SIMULATION ET OPTIMISATIONifiDEifiLAifiFABRICATIONifiDEifiPIÈCESifi ifi ifi ifi ifiPOL-EWEN MANAC'H
ifi ifi ifi ifi ifiMMOIRE PRSENT EN VUE DE L'OBTENTION
(GÉNIEifiMÉCANIQUE)ifiDÉCEMBREifi2009
ifiUNIVERSITÉ DE MONTRÉALifi
ifi ifi ifi ifi ifiCeifimémoireifiintituléifi:ifi
ifi ifi ifi ifi présentéifiparifi:ifi-Ewenifi aifiétéifidûmentifiacceptéifi :ifi iiiifi ifi ifiDédicaceifi
au Pr. .ifi "ifiLaifiscience,ificeifisontifides hommes et des femmes qui cherchent.ifi ivifi ifi ifiRemerciementsifi
Cette maîtrise a été effectuée dans le cadre de la Chaire de Recherche sur les
remercier tous ses membres pour leur collaboration dans cette étude.ifi Je remercie tout d'abord mon directeur de recherche, leifiProfesseurifiFrançoisifiTrochu,ifideifim'aǀoir acceptĠ au sein de son équipeifideifirechercheifisurifilesifimatériauxificomposites.ifiJeifi
l'aboutissement de ce projet.matièreifi deifi simulationifi numérique,ifietifi finalementifi Françoisifi Lebelifi quiifiaifi partagéifi sonifi
expertiseifisurifilaifiproblématiqueifideifilaifisaturationifiet m'a apportĠ une aide inestimable surifi
j'oublie.Jeifi remercieifi leifiCCHPifi pourifi sonifi soutienifi financierifietifi matériel.ifi Enfin,ifi jeifi remercieifileifi
ProfesseurifiBernardifiSanschagrinifid'avoir accepté deifiprésiderifimonifijuryifietifileifiProfesseurifi
vifi ifi ifiRésuméifi
L'Ġtude de la saturationifid'une piğce composite permet d'Ġǀaluer la qualité finale du
produit.ifi Uneifi saturationifi élevéeifi etifi homogèneifiassureifi uneifi pièceifi présentantifi desifi
caractéristiquesifi trèsifi prochesifi desifipropriétésifi optimales.ifiMalgréifi sonifi caractèreifi
prĠpondĠrant, la prĠǀision et l'Ġǀaluation de la saturation sont encore malifimaîtrisées.ifi
Leifi sujetififait l'objet de nombreuses études etifirecherchesifidansifi leifi domaineifi deifilaifi
permetifid'optimiser la fabrication de piğces en réduisantifisignificativementifilaifiquantitéifi
deifi videsifi dansifileifi composite.ifiEnifiintégrantifi laifi prévisionifi deifi laifi saturationifidansifi lesifi
sur les rĠglages des paramğtres d'injection. Les modğles décrivant la formation desifisaturationifisontifiexplorésifideififaçonifiassezifilarge.ifiLa ǀalidation d'un module d'optimisation
montageifiestifimisifienifiplaceifipourifisuivreifien temps rĠel l'Ġǀolution de la saturation parifi
transmissionifi deifi lumière.ifiCe plan d'edžpĠrience ǀise, ă terme, ă ǀalider unifimodèleifi
analytiqueifi enifi coursifi deifi développement,ifiquiifi seraifi décritifi sommairementifi àifi laifi finifi duifi
mémoire.ifi ifiifi viifi ifi ifiAbstractifi
The study ofifisaturationifiinifi compositeifi materialsifi madeifi byifi resinifi injectionifiallowsifitoifi
repartition,ifi theifi partifi usuallyifi meetsifitheifi theoriticalifi characteristics.ifi Despiteifi itsifi
theifi problematicifi withinifi theifi compositesifi manufacturingifi research.ifi Byifi understandingifi
simulations,ifitheifi timeifi requiredifi toifi selectifi appropriateifiinjectionifi parametersificanifibeifi
beenifi extendedifitoifianifi aeronauticalifipart.ifi Theifinextifi stepifiwasifitheifi generalifimoldififillingifi
set-upifi intendedifi toifi trackifi theifi evolutionifiofifi theifi saturationifiinifi realifi timeifiusingifi lightifi
transmissionifi isifi depicted.ifi Eventually,ifi theseifiexperimentsifiwillifi allowifi validatingifitheifi
thesis.ifi ifi viiifi ifi ifiTable des matièresifi
Table des matièresifi.............................................................................................................ifivii
Liste des annexesifi.................................................................................................................ifix
Liste des figuresifi..................................................................................................................ifixi
Liste des tableauxifi.............................................................................................................ifixiv
Chapitre 1 -ifiProcédésifideififabricationifidesificomposites,ifisimulationifietifioptimisationifiduifiprocédéifi
1.1 Procédés de mise en formeifi...............................................................................................ifi6
1.2 Modélisation du procédé RTMifi..........................................................................................ifi9
1.3 Formation de videsifi..........................................................................................................ifi10
1.4 Nombre capillaireifi............................................................................................................ifi12
1.5 Modélisation et optimisation numériquesifi......................................................................ifi14
Chapitre 2 -ifiRevueifibibliographiqueifisurifilaifisaturationifi...........................................................ifi20
2.1 Modèles monophasésifi.....................................................................................................ifi20
viiiifi ifi ifi2.2 Modèles biphasésifi............................................................................................................ifi26
2.3 Méthodes de mesure de la saturationifi............................................................................ifi30
Chapitre 3 -ifiValidation de l'optimisation du procĠdĠ RTM par simulation numériqueifi..........ifi37
3.2 Conclusionifi.......................................................................................................................ifi50
4.1 Présentation de la pièce et caractéristiquesifi...................................................................ifi51
4.1.1ifiContedžte et objectif de l'optimisation ...................................................................ifi53ifi
4.1.2ifiSupport et donnĠes de l'Ġtude ..............................................................................ifi53ifi
4.2 Conclusionifi.......................................................................................................................ifi60
Chapitre 5 -ifiConception d'un moule par simulation pour une application automobile. .........ifi615.1 Pièce originaleifi.................................................................................................................ifi61
5.2 Pièce extraite...................................................................................................................ifi62
5.3 Maillage de la pièce de démonstration...........................................................................ifi64
5.4 Matériauxifi........................................................................................................................ifi66
5.5 Analyse de remplissage isotherme..................................................................................ifi67
ixifi ifi ifi5.5.2ifiCahier des charges de l'injection ...........................................................................ifi68ifi
5.5.5ifiSimulations de l'injection .......................................................................................ifi69ifi
5.6 Conclusionifi.......................................................................................................................ifi86
Chapitre 6 -ifiVisualisation et prĠdiction de la saturation progressiǀe d'un renfort fibreudž .....ifi88
6.1 Visualisation de la saturation lors de l'injection d'une piğce composite. .......................ifi88
6.2 Modélisationifi...................................................................................................................ifi97
6.3 Conclusionifi.......................................................................................................................ifi99
xifi ifi ifiListe des annexesifi
Annexe Aifi:ifiNote de calcul pour l'intĠgration par morceaudž dans le cas d'une injection ădébit constant (Chapitre 3)ifi....................................................................................ifi106ifi
AnnexeifiBifi͗ Note de calcul pour l'intĠgration par morceaudž dans le cas d'injection ăvitesse de front constante (Chapitre 3)ifi.................................................................ifi109ifi
xiifi ifi ifiListe des figuresifi
Figureifi3-3 Profil de la pression au port d'injection en fonction de la position du front de Figureifi3-4ifiProfil de la pression au port d'injection en fonction de la position du front derésine obtenue par résolutionifianalytiqueifipourifiuneifivitesseifideififrontifideifirésineifi
Figureifi3-6ifiPression rĠsultante au port d'injection en fonction du temps. ......................ifi43ifi
xiiifi ifi ifiFigureifi3-9ifiPression au port d'injection en fonction du temps. .......................................ifi46ifi
Figureifi4-6ifiTemps de remplissage du stabilisateur lors d'une injection ă dĠbit constant. xiiiifi ifi ifiFigureifi5-6ifiPermĠabilitĠ d'un canal ouǀert (tirĠ de 51). ................................................ifi69ifi
Figureifi5-9 Configuration de l'injection ligne (configuration 1)........................................ifi72ifi
Figureifi5-10ifiRemplissage lors de l'injection ligne, configuration 1 (tfinal =ifi940ifis).ifi...........ifi73ifi
Figureifi5-11ifiConfiguration de l'injection ligne (configuration 2). ....................................ifi74ifi
Figureifi5-12ifiRemplissage lors de l'injection ligne, configuration 2 (tfinal =ifi864ifis).ifi...........ifi75ifi
Figureifi5-14ifiRemplissage lors de l'injection centrale (tfinal =ifi1032ifis).ifi..............................ifi77ifi
Figureifi5-16ifiRemplissage lors de l'injection ligne, troisiğme configuration (tfinal =866ifis).Figureifi5-17ifiRemplissage RTM en injection fledžible (Ġtape d'injection de la rĠsine). ......ifi84ifi
Figureifi5-18ifiPosition du front de rĠsine ă la fin de l'injection de la rĠsine en injection
flexible (45 s).ifi...........................................................................................................ifi85ifi
Figureifi5-19ifiRemplissageifideifilaifipièceifioriginaleifienifiRTMifi(tfinal =ifi533ifis).ifi.............................ifi86ifi
d'onde. .....................................................................................................................ifi91ifi
Figureifi6-3 Modğle donnant l'intensitĠ saturĠe. ..............................................................ifi93ifi
Figureifi6-4 Modğle donnant l'intensitĠ sğche. .................................................................ifi93ifi
Figureifi6-5ifiÉtapesifideifil'injection RTM (photos post-traitées).ifi..........................................ifi94ifi
Figureifi6-7 ǀolution de la saturation relatiǀe en fonction du temps d'injection ............ifi96ifi
ifi xivifi ifi ifiListe des tableauxifi
Tableauifi5-1ifiParamğtres de l'injection .............................................................................ifi78ifi
Tableauifi5-5ifiParamğtres pour l'injection fledžible (Ġtape d'injection de la rĠsine) ..........ifi84ifi
Tableauifi6-1 RĠglages de l'appareil photo ........................................................................ifi92ifi
1ifi ifi ifiIntroductionifi
L'utilisation des matériauxificompositesifiestifideifiplusifienifiplusififréquenteifidansifideifinombreuxifi
travauxifi publics.ifi Ceifi succèsifi estifi liéifi àifi desifi raisonsifi technologiques,ifi économiquesifi etifi
environnementales.ifiUnifi matériauifi compositeifi estifileifi résultatifideifila combinaison d'au
moins deux matériauxifi nonifi miscibles,ifi afinifi deifi profiterifidesifi avantagesifideifi leursifi
Renfortsifi
Un renfort présente des arrangements particuliers selon l'Ġchelle d'obserǀation. Si onifi o[}quotesdbs_dbs31.pdfusesText_37[PDF] procédés de mise en forme des matériaux composites
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