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Essais & Simulations n°118

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Le rôle des capteurs dans les essais

Essais

Essais et Modelisation tiellement être connecté, ce qui change radicalement la manière dont les produits et les systèmes sont créés, exploités et entretenus. Les données en temps réel capturées doivent être analysées et partagées par les sociétés au sein de l'entreprise et de l'écosystème étendus afin d'assurer au produit des performances, une utilisation, une durabilité et une fiabilité optimales. « PTC a toujours proposé des solutions innovantes à l'industrie manufacturière, déclare Sumair Dutta, Chief Customer Officer chez The Service Council. Le système SLM de PTC offre une vision complète du cycle de vie des services, qui permet aux OEM et aux fournisseurs de services d'optimiser les performances en termes de produit et de service en complément des fonctionnalités améliorées de conception et de fabrication. » Historiquement, les équipes du service après-vente se sont concentrées sur l'optimisation des processus fonctionnels, tels que le support client, la gestion et la tarification des pièces, les informations techniques et relatives aux pièces, la gestion de la garantie, etc. Cette approche déconnectée et cloisonnée a empêché les entreprises de satisfaire la demande accrue des clients et du marché en matière de produits et services. Le système SLM allié à la grande expertise de PTC dans le domaine offre aux entreprises la technologie et les bonnes pratiques nécessaires pour rester compétitives dans un monde connecté, où l'excellence des services est devenue incontournable et dans lequel il est nécessaire de se démarquer de la concurrence. Ce système a été conçu spécialement pour la gestion intelligente des produits et propose une vision unique du service : il résout les complexités et la dynamique d'un écosystème de services mondial en optimisant chaque opération du personnel de service sur le lieu d'intervention et du responsable du service, avec des prises de décisions en temps réel. Avec le système SLM de PTC, les clients peuvent désormais entretenir et analyser l'historique d'un service et d'un produit, qu'il s'agisse d'une seule ou de plusieurs unités ou de l'ensemble des produits installés dans le but d'améliorer de manière continue les produits et les services. Olivier Guillon Matériaux Dependence of the coefficient of thermal expansion (CTE) of reinforced resins on thermal cycles The thermal expansion behavior of composite materials is studied using a resin reinforced with carbon nano-tubes and another resin filled with aluminum particles. Specific behaviors are noticed, with a dependence of the thermal expansion coefficient (CTE) on heating/cooling conditions. Also, a stabilization of the CTE value is observed for the first cycles. The CTE modification during the first cycles is interpreted by the relaxation of internal stresses induced during material processing, while the dependence of the CTE value with heating/cooling parameters results from the accumulation of internal stresses which don’t have enough time to relax during the test cycles. Experimental Materials tested Two reinforced resins are studied. The first one is reinforced with carbone nano-tubes (an analytical method predicted a CTE below 1. 10-6 K-1 for carbon nano-tubes [3]). The second one is a resin filled with aluminum particles (CTE of pure aluminum is about 24. 10-6 K-1). Rectangular plates (150 mm in length, 30 mm in width and 4 mm in thickness) are used for the thermal test. Test bench description The sample to be tested is placed between two zerodur supports (see Figure 1): One support is fixed and the other one follows the sample expansion. Each support holds a mirror so that the expansion can be measured thanks to a LASER interferometer. The principle is shown in Figure 1 and an overall diagram of the bench is presented in Figure 2. Essais & Simulations • SEPTEMBRE 2014 • PAGE 33

Essais et Modelisation Keywords Thermal expansion – Composites – Reinforced resin – Carbon nano-tubes – CTE evolutions – Thermal internal stress Mots clés Dilatation thermique – Composites – Résine renforcée – nano-tubes de carbone – évolutions du CTE – Contraintes thermiques internes A vacuum system consisting of a primary pump and a turbomolecular pump maintains a pressure as low as 10-5 mbar, which is representative of orbital conditions. To control the sample temperature and its homogeneity, a radiative copper box is placed around the sample. The temperature is controlled by a cooling fluid. Several thermal cycles are applied for the CTE estimation (Figure 3) Differential scanning calorimetry Thermal expansion may also be due to molecular rearrangements during phase transitions which induce volume variations in the bulk material. In order to evidence such transitions, materials were also analyzed by DSC (Mettler STAR SW 9.01). Résumé L’évolution de la dilatation thermique de matériaux composites est étudiée sur une résine renforcée avec des nano-tubes de carbone et une autre résine chargée avec des particules d'aluminium. On remarque des comportements particuliers avec une dépendance du coefficient de dilatation thermique (CTE) selon les conditions de chauffe ou de refroidissement. Une stabilisation de la valeur de CTE est également observée au cours des premiers cycles. La variation du CTE pendant les premiers cycles est interprétée comme la relaxation des tensions internes induites lors du traitement du matériau, tandis que la dépendance de la valeur du CTE avec les paramètres de chauffe ou de refroidissement résulte de l'accumulation des tensions internes qui n'ont pas assez de temps de relaxer pendant les cycles d'essai. Introduction Materials for satellites in the space industry are subject to a very wide temperature range (typically from –20°C to +100°C, and more). Under vacuum, outgassing phenomena may also take place which can modify the material behavior. Furthermore, some devices mounted on satellites must keep an extreme geometric stability (e.g. mirrors of spatial telescopes). The thermal expansion coefficient (CTE) is then crucial in aerospace applications: the lower this parameter is, the higher the geometric stability of the system in orbital conditions will be. The precise knowledge of CTE values is also essential in finite elements models used to design spatial objects. Usually, during a CTE test, several thermal cycles are applied and dimensional variations are measured as a function of the temperature. The derivative of this function is calculated and different CTE values are obtained as a function of temperature. Composite materials may have a specific thermal expansion behavior: the CTE value may be different on heating and cooling at the same temperature and a substantial evolution may occur cycle after cycle [1-4]. A mT-TM (modulated Temperature ThermoMechanometry) analysis carried out on fiber glass-epoxy composites by Schanks [2] has already shown that an important part of the thermal expansion is irreversible for the first cycles. In order to better understand these phenomena, the thermal expansion of two resin reinforced with carbon nano-tubes and aluminum particles are studied. A vacuum test bench was specially developed to measure the coefficient of thermal expansion (CTE) in orbital thermal/vacuum conditions (typically from –20°C to +100°C, with a pressure value below 10-5 mbar) of these materials and physical interpretations of the CTE results are proposed. Results Resin reinforced with Carbon Nano-tubes Two behaviors are observed during heating and cooling. Below +10°C CTE value measured during heating is higher than during cooling and above this temperature it is the opposite: Essais & Simulations • SEPTEMBRE 2014 • PAGE 34

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