Développement d’un outil de simulation pour le chauffage de matériaux composites par micro-ondes

par Hermine Tertrais

Thèse de doctorat en Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces

Sous la direction de Francisco Chinesta.

Le président du jury était Amine Ammar.

Le jury était composé de Francisco Chinesta, Amine Ammar, Vadim Yakovlev, Anaïs Barasinski, Iciar Alfaro, Jean-Yves Hascoët, Jean-Claude Kedzia.

Les rapporteurs étaient Amine Ammar, Vadim Yakovlev.


  • Résumé

    Le travail présenté dans cette thèse s’inscrit dans le contexte du développement de nouveaux procédés pour la mise en forme de matériaux composites pour répondre aux contraintes industrielles de gain de temps et d’énergie. Le procédé de chauffage par micro-onde reposant sur un principe de chauffage volumique permet de garantir ces avantages. L’inconvénient majeur est que le comportement du champ électrique lors de l’interaction entre matériaux composites et micro-ondes est peu connu. L’objectif de cette thèse est donc de proposer des solutions numériques pour approfondir la connaissance du procédé et la physique associée afin de mettre en avant ses capacités quant à un développement industriel. Pour ce faire, le travail réalisé est axé autour de trois verrous. En premier lieu, une nouvelle méthode numérique est proposée afin de résoudre les équations de Maxwell en 3D dans un stratifié composite. Prendre en compte le comportement 3D est essentiel afin de décrire avec précision l’impact des différentes couches du matériau et de leur épaisseur sur la propagation du champ électrique. Dans un second temps, la simulation électromagnétique est couplée à une résolution thermique afin de simuler le procédé de chauffage d’une pièce composite. Différents paramètres du procédé sont étudiés afin de mettre en avant les plus sensibles pour l’utilisation du chauffage micro-onde pour les matériaux composites. Enfin, l’attention du lecteur est portée sur le développement d’une méthode de simulation pour un contrôle en temps réel du procédé en comparaison avec des essais expérimentaux.

  • Titre traduit

    Innovative simulation tool for composite material heating using microwave


  • Résumé

    The context of the present work is the development of new processes for the heating and forming of composite materials in order to provide an answer to the industrials needs for less energy and less time-consuming processes. In that sense, microwave heating is perfect match as it relies on volumetric heating. The major drawback is that the behaviour of the electric field while interacting with composite material is poorly known. Therefore, the main objective of this thesis is to provide numerical solutions to go more deeply in the understanding of such process and put forward its capabilities for an industrial development.To fulfil this objective, the work is oriented over three main axes. First, an innovative simulation tool is presented in order to solve the Maxwell’s equations in a thin multi layered domain. Taking into account the 3D behaviour of the electric field is a major issue in order to describe precisely the impact of the different plies of the laminate on the propagation of the electric field.Then, the electromagnetic simulation is coupled with a thermal simulation in order to simulate the full heating process of a composite part. Parameters of the process are investigated to bring forward the most crucialones. Finally, real-time control of the process is tackled using a model order reduction simulation technique. These results are compared to experimental work on two sets of samples.


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