Simulation numerique de la fabrication des composites par injection-compression

Abstract

The objective o f this thesis is to study the Iiquid composite molding processes by injection-compression such as the compression resin transfer molding (CRTM) and the flexible bladder process. This work involves both theoretical and numerical aspects. Firstly, a theoretical study about the consolidation has been done by using the theory o f mechanics o f porous medium in order to set up the équations goveming in these processes. Then, mathematical models for CRTM process and flexible bladder process are derived from the équations o f the consolidation. The finite element method has been used to solve these équations. A numerical algorithm o f resolution allows the simulation o f these processes by a step-by-step procédure. A new modul o f calculation called compression has been developped in the object oriented laguage C++ and implemeted in the software LCMFLOT to realize numerical simulations o f the processes above mentioned. The important point in these processes in comparison to classical process such as RTM is the effect o f the compression. With the compression, the resin pressure is higher; the resin advance more easely and quickly; the final thickness in the product is more uniform; the quality o f the composite part is more homogeneous and its mechanical résistance is better. This software allows users to realize numerical simulations in chosing differentiy physical parameters in order to obtain a best set o f parameters for the process.

Alternate abstract:

L'objectif de cette thèse est d'étudier les procédés de mise en forme des composites par injection-compression tels que le moulage par transfert de résine avec compression (CRTM) et la vessie. Ce travail comprend deux aspects : théorique et numérique. D'abord, une étude théorique sur le problème de consolidation a été réalisée par application de la mécanique des milieux poreux déformables afin de mettre en évidence des équations gouvernant les phénomènes physiques ayant lieu dans ces procédés. Ensuite, les modèles mathématiques pour le procédé CRTM et la vessie sont dérivés des équations générales de la consolidation. La méthode des éléments finis est utilisée pour résoudre ces équations. Un algorithme numérique de résolution original permet de simuler la progression des procédés par une procédure de calcul pas-à-pas. Un nouveau module de calcul appelé compression a été développé en langage C++ avec une programmation orientée objet et implémenté dans le logiciel LCMFLOT afin d'effectuer les simulations numériques des procédés en question. Le point important dans ces procédés par rapport aux autres procédés classiques comme le procédé RTM est l'effet de la compression. Grâce à la compression, la pression de la résine est plus importante; la résine avance plus facilement et plus rapidement; l'épaisseur finale du produit est plus uniforme; la qualité de la pièce composite est plus homogène et ses caractéristiques mécaniques sont meilleures. Avec l'outil informatique mentionné ci-dessus, l'utilisateur peut alors réaliser une simulation numérique en choisissant une combinaison de paramètres physiques du procédé afin d'obtenir un choix optimum des paramètres gouvernant le procédé.