Influence des déformations d'un renfort fibreux sur sa perméabilité : modélisations et expériences

Influence of fibrous reinforcement's deformations on its permeability : modelisations and experiments

• Auteur / Autrice : Bertrand Laine
• Direction : Philippe Boisse, Fabrice Boust
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique. Procédés de fabrication
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris, ENSAM

Mots clés

Mots clés contrôlés

Composites à fibres

Procédés de fabrication

Génie mécanique

Résumé

La fabrication de pièces composites géométriquement complexes et de grande dimension est une orientation actuelle forte de nombreux secteurs industriels. L’injection de l résine dans le renfort fibreux par voie liquide est le point central des procédés LCM (Liquid Composite Moulding). La simulation de cette phase d’injection est aujourd’hui impérative, étant donné la complexité des pièces considérées. A cette fin, il est nécessaire de prendre en compte l’influence des déformations locales du renfort fibreux comme le cisaillement et la compression en tous points de la pièce considérée sur le tenseur de perméabilité de celui-ci. La détermination expérimentale de la perméabilité des renforts fibreux est étudiée par le biais d’un dispositif de mesure développé dans ce travail de thèse et permettant de réaliser des mesures en régime stationnaire en utilisant l’air ou à l’huile comme liquide de perméation. Une méthode inverse est utilisée afin de déterminer la perméabilité des milieux anisotropes et ce pour n’importe quelle géométrie de préforme. Les mesures réalisées sur deux renforts tissés montrent une excellente corrélation entre les résultats obtenus au moyen des deux fluides de perméation. Parallèlement aux mesures expérimentales, une chaîne numérique permettant de prédire l’influence des déformations du renfort fibreux considéré sur sa perméabilité a été mise en place. Les principales étapes de cette chaîne sont l’obtention du VER 3D du renfort fibreux, la déformation de celui-ci, le maillage des deux régions inter-torons et intra-torons sur lequel l’homogénéisation de la perméabilité est réalisée en résolvant les équations de Stokes et Brinkman dans les régions précédemment citées. Les outils numériques et analytiques développés permettent de diminuer la quantité de mesure devant être réalisées de manière à caractériser pleinement un renfort fibreux vis-à-vis de sa perméabilité. Ainsi, ils permettent de prédire, après recalage d’un seul paramètre, l’évolution de la perméabilité en fonction des différentes « déformation » que peut subir le renfort fibreux lors de sa mise en oeuvre.

The trend in the industry nowadays is to produce larger and larger as well as more and more geometrically complex composite parts. Introduction of the resin in the fibrous reinforcement by LCM (Liquid Composite Molding) techniques is increasingly used. The simulation of this injection step is of prime importance in order to ensure the quality of the so-produced part. To do so, it is necessary to take into account the influence of local deformations (shear, compression and nesting) of the fibrous reinforcement on its permeability in the simulation. This work presents experimental results on a new 2D setup which allows to perform measurements using both air or silicone oil as permeation fluid. Results show very good correlation using these two fluids. An inverse method has been used to determine the permeability of anisotropic media in saturated regime. In parallel, a numerical tool has been developed in order to predict the influence of each individual deformation on reinforcement permeability. Our tool uses 3D REV description which is then deformed, meshed and finally the Stokes and Brinkman equations are solved in order to determine the permeability by homogenization techniques. An analytical model based on weaving parameters is proposed and shows very good correlation with 3D model. Influence of shear, compression and nesting has been assessed for two woven fabrics as well as the influence of the geometrical model used. These models allow to reduce the quantity of experiments needed to fully characterize a fibrous reinforcement.