Contribution à la caractérisation et à la modélisation électromagnétique et thermique des matériaux composites anisotropes

par Samir Bensaid

Thèse de doctorat en Électronique et génie électrique

Sous la direction de Javad Fouladgar et de Didier Trichet.

Soutenue en 2006

à Nantes .


  • Résumé

    Les matériaux composites en fibres de carbone se destinent plus aux secteurs de hautes performances tels que l’aéronautique. Pour assembler des pièces en composites, plusieurs techniques sont utilisées. Parmi celles-ci la technique utilisant l’induction électromagnétique qui est très intéressante pour ses avantages tel que la transmission rapide, sans contact et localisée de l’énergie à l’interface de d’assemblage. Le but de cette thèse est de modéliser en 3D le chauffage par induction de ces matériaux en tenant compte de l’anisotropie. Dû au problème du facteur d’échelle, ces matériaux sont remplacés, par des matériaux homogènes équivalents ; leurs propriétés électromagnétiques et thermiques sont obtenues soit en utilisant les méthodes d’homogénéisation ou des méthodes expérimentales. Dans ce cadre, nous avons proposé une méthode expérimentale basée sur la mesure de l’impédance pour déterminer la conductivité électrique. D’autre part, dans notre cas, ces matériaux se présentent sous forme de plaque d’épaisseur très faible comparée aux autres dimensions. Les éléments coques associés aux éléments finis nodaux, bien adaptés à ce type de géométries, sont alors utilisés. Deux modèles ont étés mis en place, un modèle éléments coques anisotropes monocouche pour les composites de structures inconnues et un modèle multicouches dédié aux composites stratifiés à structures orientées. Une confrontation entre les résultats de simulations et les mesures expérimentales (chauffage par induction), a permis de valider les modèles développés. Ces modèles ont été appliqués pour améliorer une installation industrielle dédiée à l’assemblage par induction des matériaux composites.


  • Résumé

    The carbon fibre composite materials cover a lot of manufacturing industries. To assemble parts of these composites several techniques are used. The technique using electromagnetic induction is very interesting; for his advantages such as the fast, without contact and localised transmission of energy to the assemblage interface. The goal of this thesis is to model in 3D, the induction heating of composite materials by taking into account of the anisotropy. Owing to the problem of the scale factor, these materials are replaced by homogeneous equivalent materials; so their electromagnetic and thermal properties are obtained either by using the homogenisation or experimental methods. In this work, to identifying the electric conductivity, one proposed an experimental method based on the impedance measurement. In addition, in our case, these materials are in the form of plate with very small thickness compared to the other dimensions. The shell elements associated to the nodal finite elements are then used. Two models have been developed, a monolayer anisotropic shell elements model applied to composites of unknown structures and a multi-layer model dedicated to the laminated composites with oriented structures. A confrontation between the simulation and experimental results (in induction heating) gave an acceptable difference. These models are applied to improve an industrial application of an induction assembly of composite materials.  

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Informations

  • Détails : 1 vol. (147 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. f. 143-147. Index

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