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Informations
Publié par | Thesee |
Nombre de lectures | 107 |
Langue | Français |
Poids de l'ouvrage | 11 Mo |
Extrait
UNIVERSITÉ D’ORLÉANS
ÉCOLE DOCTORALE SCIENCES ET TECHNOLOGIES
INSTITUT PRISME - MMH
THÈSE présentée par :Romain AGOGUÉ
soutenue le :17 février 2011
pour obtenir le grade de : Docteur de l’université d’Orléans
Discipline/ Spécialité : Génie Mécanique
Analyse expérimentale et numérique de la fabrication
de pièces composites par le procédé RTM
THÈSE dirigée par :
Damien SOULAT Maître de conférences HDR, Université d’Orléans
Pierre OUAGNE de conférences, Université d’Orléans
RAPPORTEURS :
Christohe BINETRUY Professeur, École des Mines de Douai
Francisco CHINESTA Professeur, École Centrale de Nantes
JURY :
Christophe BINETRUY Professeur des Universités, Rapporteur
Francisco CHINESTA Professeur desités, Rapporteur
Joel BREARD Professeur des Universités, Examinateur
Chung Hae PARK MC, Examinateur
Didier ZANELLI Ingénieur, Examinateur
Boujema IZRAR Professeur des Universités, Examinateur
Damien SOULAT MC-HDR, Directeur de thèse
Pierre OUAGNE MC, Co-encadrant de la thèse
tel-00628046, version 1 - 30 Sep 2011tel-00628046, version 1 - 30 Sep 2011Table des matières
1 Contexte de l’étude 7
1.1 Projet Anr Lcm3m . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.2 Contexte industriel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2 La phase de dépose 12
2.1 Description de la préforme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.1.1 Présentation de la gaine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.1.2 Présentation de la préforme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.1.3 Paramètres mis en jeu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.2 État de l’art sur la déformation des renforts secs . . . . . . . . . . . . . 17
2.2.1 Cisaillement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2.2 Tension dans le plan du renfort . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2.3 Glissement pli/pli ou pli/outil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2.4 Flexion des plis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.5 Compaction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.6 Bilan pour notre application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.3 Simulation du préformage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.3.1 Présentation générale de modeleVf . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.3.2 modeleVf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.4 Application de modeleVf : maximisation de la fraction volumique de
fibres moyenne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.4.1 Prise en compte de l’angle de blocage dans modeleVf . . . . . . 39
2.4.2 Étude paramétrique en fonction des paramètres de préformage . 40
2.4.3 Optimisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.4.4 Simplification du modèle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3
tel-00628046, version 1 - 30 Sep 2011TABLE DES MATIÈRES
2.5 Illustration de l’influence du préformage sur l’écoulement de résine . . . 49
2.6 Conclusions / perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3 Analyse de l’écoulement de la résine 52
3.1 Analyse de l’injection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.1.1 Généralités sur l’injection de protections thermiques . . . . . . . 53
3.1.2 La gravité a-t-elle une influence sur l’écoulement de résine? . . . 55
3.1.3 Liste des paramètres associés à l’étape d’injection . . . . . . . . 56
3.2 La phase d’injection : un problème multi-échelle . . . . . . . . . . . . . 57
3.2.1 Écoulement de résine à l’échelle microscopique . . . . . . . . . . 57
3.2.2 De Stokes à Darcy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.2.3 Écoulement de résine à l’échelle mésoscopique . . . . . . . . . . 60
3.2.4 Écoulement de résine à l’échelle macroscopique . . . . . . . . . . 64
3.2.5 Résolution numérique de l’écoulement macroscopique . . . . . . 66
3.3 Caractérisation de la perméabilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.3.1 Qu’est ce que la perméabilité? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
3.3.2 Les facteurs influant sur la perméabilité . . . . . . . . . . . . . 72
3.3.3 Mesures de perméabilité pour la gaine de carbone . . . . . . . . 78
3.4 Simulation de la phase d’injection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
3.4.1 Présentation de la chaîne de simulation . . . . . . . . . . . . . . 91
3.4.2 Comparaison expérimental / simulation . . . . . . . . . . . . . . 97
3.4.3 Études paramétriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
3.5 Identification de la perméabilité par un calcul Stokes-Brinkman sur des
images de tomographie à rayons X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
3.5.1 Présentation de la chaîne envisagée . . . . . . . . . . . . . . . . 122
3.5.2 Influence de la fraction volumique de mèches sur le tenseur de
perméabilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
3.5.3 Synthèse de cette approche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
3.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
4 Analyse des défauts 128
4.1 Bibliographie sur les défauts et les moyens disponibles pour les contrôler 128
4.1.1 La porosité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
4
tel-00628046, version 1 - 30 Sep 2011TABLE DES MATIÈRES
4.1.2 Déplacement des plis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
4.1.3 Bibliographie sur la caractérisation des porosités . . . . . . . . . 134
4.2 Description du banc d’injection Rtm et des mesures réalisées pendant
l’écoulement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
4.2.1 Le système d’injection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
4.2.2 Les moules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
4.2.3 Le système d’acquisition/régulation . . . . . . . . . . . . . . . . 144
4.2.4 Mesures pendant l’injection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
4.3 Études expérimentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
4.3.1 Influence des paramètres procédés de la phase d’injection sur la
porosité des pièces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
4.3.2 Influence des paramètres procédés sur le déplacement des plis . 162
4.3.3 Homogénéité de la fraction volumique de fibres sur la hauteur
du tube . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
4.4 Optimisation de la phase d’injection du procédé . . . . . . . . . . . . . 174
4.4.1 Injection radiale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
4.4.2 Injection par des rainures dans le moule . . . . . . . . . . . . . 180
4.5 Conclusions / perspectives . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
5 Conclusions / perspectives 191
5
tel-00628046, version 1 - 30 Sep 2011TABLE DES MATIÈRES
Remerciements
Dans un premier temps, je tiens à remercier le conseil général du Loiret, la société
Roxel et l’Anr pour avoir financé cette étude.
Mes remerciements vont à Damien Soulat, Pierre Ouagne pour avoir respectivement
dirigé et encadré cette thèse. Je tiens à remercier Jean Launay, sans qui ce travail n’au-
rait pas eu la même envergure sur le plan expérimental. Je tiens à remercier Gilles pour
les discussions intéressantes et pour son œil critique.
Je tiens à remercier MM. Chinesta et Binetruy de m’avoir fait l’honneur d’accepter
d’être rapporteurs de ce travail et de l’intérêt qu’ils y ont porté. J’aimerais particu-
lièrement remercier MM. Bréard, Park, Zanelli et Izrar pour avoir accepter d’être les
membres de mon jury.
Je tiens à remercier les membres de la société Roxel, en particulier Jean-Marie Ro-
zière, Mathilde Thibierge, Antoine Quenard et Didier Zanelli. Merci pour votre aide
et votre réactivité.
Je remercie très chaleureusement les membres du Lomc de l’université du Havre
pour m’avoir accueilli pendant plusieurs semaines pour la prise en main des codes de
calcul et la caractérisation de nos renforts.
Toum, Frédéric, Alain et Yannick, merci pour votre assistance technique. Vous
m’avez apporté des conseils et j’ai beaucoup appris de vous. Je tiens à vous en remer-
cier. Merci à vous pour votre disponibilité et votre sympathie. Je remercie aussi Manu
pour avoir réfléchi avec moi à la conception du banc d’injection.
Enfin, j’ai une pensée particulière pour mes chers collègues doctorants qui m’ont
accompagné pendant ces trois années de thèse (Aurélie, Romain, Olivier,