Simulation numérique de l'orientation de fibres en injection de thermoplastique renforcé

par Abla Redjeb

Thèse de doctorat en Mécanique numérique

Sous la direction de Patrice Laure, Michel Vincent et de Thierry Coupez.

Soutenue en 2007

à Paris, ENMP .


  • Résumé

    Cette thèse est relative la simulation numérique de l’orientation de fibres en injection de thermoplastiques chargés. Deux points majeurs ont été abordés dans ces travaux :la mise en place, à l’aide du logiciel Rem3D, d’un module indépendant permettant un calcul 3D de l’orientation des fibres,la prise en compte d’un couplage rhéologie-orientation des fibres. L’étude bibliographique sur les modèles d’orientations de fibres nous a conduit à implémenter le modèle phénoménologique de Folgar et Tucker. Cette équation d’évolution a été résolue via une méthode de « Taylor Galerkin discontinu espace-temps �� utilisant des éléments P0 en espace et une méthode espace temps discontinue de haut degré en temps. Cette méthode inconditionnellement stable permet une réduction significative des temps de calcul. Le modèle de Folgar et Tucker est couplé à la cinématique par le biais d’une loi de comportement intégrant une contribution des fibres au tenseur des contraintes macroscopiques. Cette équation constitutive pour le champ des contraintes a été résolue de manière implicite par l’entremise d’une méthode éléments finis mixte P1+/P1 où le tenseur d’orientation n’est plus une inconnue du problème. Nous avons procédé à une résolution successive du problème mécanique et du problème d’orientation de fibres. Finalement le module d’orientation couplé a été intégré dans un code d’injection. La dernière partie de ce travail, basée sur une corrélation entre observations expérimentales et calculs numériques, est consacrée à la compréhension des phénomènes d’orientation en injection et à l’influence du couplage rhéologie-orientation sur l’orientation finale des fibres.

  • Titre traduit

    Numerical simulation of fiber orientation in injection of reinforced thermoplastics


  • Résumé

    This work concerns the simulation of fiber orientation in injection of reinforced thermoplastics. Two main points has been treated in this work :A fully three-dimensional method has been integrated in Rem3D to calculate fiber orientation. The introduction of the coupling between flow and fiber orientation has been considered. The fiber orientation is described by a second order tensor and its evolution is given by the Folgar and Tucker equation. This equation has been solved by a space time discontinuous Galerkin method, used to reduce the computational time. This method allows a simultaneous resolution in space and time where the orientation tensor is interpolated by constant and discontinuous functions in space and polynomial discontinuous in time functions of degree. Moreover the coupling between flow and fiber orientation is taken into account by adding a fiber contribution to the stress tensor. The rheological constitutive equation has been solved implicitly using a mixed P1+/P1 velocity-pressure formulation where the orientation tensor is considered known. A decoupled approach has been used in which the flow and fiber calculation has been successively solved. Finally the flow and fiber solver has been integrated on the Rem3D injection software. The last part of this work, based on a correlation between experimental results and numercial simulation, focused on the understanding of fiber orientation in injection process. Coupling effects on the orientation state are analysed for different configurations.

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  • Détails : 1 vol. ( 217 p.)
  • Annexes : Bibliographie 142 réf.

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  • Cote : EMS T-CEMEF-0337
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