Outils de modélisation et règles de conception globale de procédés d'assemblage de composites thermoplastiques par induction électromagnétique

Modeling tools and global design rules for thermoplastic composites assembly processes by electromagnetic induction

• Auteur / Autrice : Mansor Ndiaye
• Direction : Didier Trichet, Huu Kien Bui, Antoine Pierquin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 17/02/2022
• Etablissement(s) : Nantes Université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Énergie Électrique de Nantes-Atlantique
• Jury : Président / Présidente : Afef Kedous-Lebouc
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Anouar Belhacen, Annie Gagnoud, Brahim Ramdane
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anouar Belhacen, Annie Gagnoud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protection contre la foudre

Éléments finis, Méthode des

Méthodes d'homogénéisation numérique

Composites thermoplastiques

Induction électromagnétique

Mots clés libres

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Résumé

Aujourd’hui, les matériaux composites sont de plus en plus présents dans de nombreux secteurs industriels. L’intérêt et le développement de ces matériaux sont dus à leur légèreté et à leur importante résistance mécanique. Cependant, malgré des performances remarquables, il faut encore améliorer les performances des procédés utilisés. Dans un secteur tel que l’aéronautique, les pièces de composites sont souvent assemblées après fabrication. L’assemblage par soudage qui permet d’avoir des pièces compactes, solides avec une continuité de matière avec des techniques innovantes telles que l’induction électromagnétique est en plein essor. C’est une technique qui permet un chauffage rapide, sans contact et dans la zone d’intérêt. Cette thèse proposée dans le cadre du programme PERFORM de l’IRT Jules Verne a pour objectif de répondre à la problématique de la présence de la protection foudre (LSP) dans une configuration de soudage par induction d’un raidisseur sur une peau de fuselage d’avion. En effet, le LSP étant un très bon conducteur électrique, chauffe plus que l’interface lors du soudage pour des fréquences de quelques centaines de kHz. La fonctionnalisation de l’outillage est étudiée afin de limiter et contrôler le chauffage du LSP et de ramener la puissance de chauffe à l’interface. Cela passera d’abord par une meilleure connaissance des matériaux composites à fibres de carbone. Nous avonc donc proposé une nouvelle approche d’homogénéisation consistant à trouver les propriétés longitudinales et transverse d’un UD grâce à un modèle mésoscopique 2-D et de déduire les propriétés dans le sens de l’épaisseur en comparant un modèle 3-D avec des mesures.

Today, composite materials are increasingly present in many industrial sectors. The interest and development of these materials are due to their lightness and their high mechanical resistance. However, despite remarkable performance, it is still necessary to improve the performance of the processes used. In a sector such as aeronautics, composite parts are often assembled after manufacture. Welding assembly, which allows for compact, solid parts with continuity of material with innovative techniques such as electromagnetic induction, is booming. It is a technique that allows rapid heating, without contact and in the area of interest. This thesis proposed as part of the PERFORM program of the IRT Jules Verne aims to answer the problem of the presence of lightning strike protection (LSP) in an induction welding configuration of a stringer on a fuselage airplane skin. Indeed, the LSP being a very good electrical conductor, heats more than the interface during welding for frequencies of a few hundred kHz. The functionalization of the tool is studied in order to limit and control the heating of the LSP and to bring the heating power back to the interface. This will first require a better knowledge of carbon fiber composite materials. We therefore proposed a new homogenization approach consisting in finding the longitudinal and transverse properties of a UD-CFRP using a 2-D mesoscopic model and deducing the properties in the thickness direction by comparing a 3-D model with measurements.