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Essais & Simulations n° 132

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Solutions d’essais et de simulation dans l’industrie des composites

DOSSIER Technique de

DOSSIER Technique de maillage interpénétrant çant et donc une optimisation globale de la fabrication de pièces en C-RTM. Cette optimisation est de deux ordres : optimisation sur la qualité du produit final (orientation des fibres, niveau de porosité… impactant la réponse mécanique de la pièce) et optimisation des temps de cycle (par un meilleur positionnement des ports d’injection et des évents, par le cycle de pression et de température…). APPROCHE NUMÉRIQUE POUR LA SIMULATION DU PROCÉDÉ C-RTM La modélisation de la chaine complète de fabrication RTM (préformage, Injection et Cuisson) disponible dans le logiciel de simulation PAM-Composites d’ESI Group a été enrichie en collaboration avec des partenaires industriels automobile [1] pour répondre au besoin croissant d’analyses précises du procédé C-RTM. Cet enrichissement innovant concerne principalement les étapes deux (injection) et trois (compression) du procédé pour lesquelles uniquement des approches 2D (modélisation coques) existaient jusqu’à présent pour traiter le C-RTM. Cette approche coque existante prend uniquement en compte la variation d’épaisseur (et donc de la perméabilité et du taux de fibres de la préforme) en recalculant cette épaisseur à partir des pressions internes et externes. Ainsi, l’espace vide initial entre l’outil et la préforme est négligé et par conséquent le mode principal d’écoulement de la résine, soit à travers l’épaisseur, est mal représenté. Cette approche n’est donc pas suffisante à l’analyse du procédé lorsqu’il s’agit de validation et optimisation industrielle. Une approche 3D (éléments solides) a donc été industrialisée pour répondre à ce besoin (Figure 2). Cette industrialisation repose sur les technologies suivantes : • Une méthodologie de maillage interpénétrant : celle-ci permet de représenter le vide (situé entre le moule et la préforme dans lequel la résine va s’écouler en premier lieu) qui va « disparaitre » au fur et à mesure du déplacement de l’outil (Figure3) • Un couplage automatique entre un solveur fluide et un solveur mécanique permettant ainsi de prendre simultanément en compte la déformation mécanique de la préforme (déformation exercée par la pression de la résine et le déplacement de l’outil) et l’écoulement de la résine. Les corrélations obtenues entre les essais expérimentaux et la simulation utilisant cette nouvelle approche 3D sont très bonnes et améliorent grandement la précision sur le profil d’écoulement et les temps de remplissage par rapport à l’approche 2D [1]. La précision des résultats obtenus avec l’approche 3D requière également de nouvelles données d’entrée. En effet, cette nouvelle approche repose sur des données mécaniques de la préforme (courbe de contrainte-déformation) et sur des valeurs de perméabilités fonction du taux de fibres. Le procédé C-RTM présente de nombreuses qualités pour la production grande série de pièces structurelles composites. Toutefois, le procédé reste encore peu utilisé car sa maitrise est compliquée. La simulation permet à moindre coût de dépasser ces complications. Cependant, les approches numériques existantes basées sur de la modélisation coque ne permettait pas une bonne représentation de la physique impliquée lors du procédé. L’approche 3D innovante développée par ESI Group en partenariat avec différents industriels et validée sur des pièces industrielles vise à libérer le développement de ce procédé très prometteur jusqu’à présent freiné par le manque de simulations fiables. • Abstract Because of their unbeatable weight performances, composite & plastic materials are nowadays widely used in the automotive industry but, their usage is mostly limited to non-structural components. Indeed, the replacement of metallic structural parts by composite parts is still restricted to high-end vehicle. This restriction comes from two main challenges that the industry is trying to overcome: the cost and the production rate. Knowing that the cost of a composite component comes essentially from the material itself, the flexibility of the material must be highly considered while designing the product. It should not be a one by one replacement of metallic part and additional functionalities should be integrated to justify the price. Then, the manufacturing process must be adapted to these more complex designs and RTM (Resin Transfer Molding) process is a good candidate for it. However, RTM process does not allow high production rate. Thus, most OEMs are now looking at derived processes such Compression RTM. With this process, the resin first flows in the empty cavity of the mold (because of an opening of the mold) before to impregnate the preform (while closing the mold). To support Automotive industry in its migration to these new processes adapted to mass production, ESI Group has enhanced its PAM-Composites solution by integrating a fluid-mechanics coupled solution in its PAM-RTM module. Industrial projects supported by simulation will be presented during this talk. 34 IESSAIS & SIMULATIONS • N°132 • Février 2018

PARIS-NORD VILLEPINTE March 6-7-8, 2018 JEC WORLD 2018 The Leading International Composites Show Make it real with composites Discover the endless possibilities of the composites and find answers to your industrial challenges ® Design: Billy Bones @JECWorld #automotive #Lightweight #FunctionIntegration #CostReduction #FatigueResistant #MassProduction Join the Leading International Composites Show + 40,000 Professionals 113 Countries Your pass on www.jec-world.events I’m a composite material video ESSAIS & SIMULATIONS • N°132 • Février 2018 I35

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