Modélisation du soudage en continu de composites à matrice thermoplastique PDF Download
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Book Description
Nos travaux se sont intéressés au soudage de matériaux composites à matrice thermoplastique avec une application au procédé de consolidation en continu " Drapcocot " développé dans l'industrie aéronautique. L'objectif est de comprendre les mécanismes physico-chimiques qui interviennent lors de la consolidation du matériau APC-2 (fibres de carbone/PEEK) afin de pouvoir modéliser puis optimiser le procédé. L'originalité de l'étude a été de développer une modélisation thermique du procédé à l'échelle de la pièce composite et de mener simultanément une étude approfondie des phénomènes à l'échelle macromoléculaire. La modélisation thermique du procédé en 2D permet de simuler la consolidation d'un pli quels que soient les paramètres du procédé. Le modèle prend en compte les échanges de chaleur par conduction et par convection ainsi que les phénomènes de fusion et de cristallisation du matériau pour lesquels les cinétiques ont été identifiées par des essais d'analyse enthalpique différentielle. En ce qui concerne la dynamique des chaînes macromoléculaires, le temps de reptation, relatif à la diffusion du PEEK au niveau de l'interface, a été approché grâce à des essais rhéologiques. Quand à la dégradation thermique du PEEK, nous avons montré que le mécanisme de dégradation prépondérant est la réticulation du polymère. En couplant ces différentes approches, nous sommes désormais capables de prédire l'efficacité de la consolidation en fonction des paramètres du procédé. Dans le diagramme Vitesse de dépose-Température des torches du procédé, les limites imposées par les différents phénomènes physiques antagonistes sont données par des courbes "iso-diffusion" et "iso-dégradation". Ces simulations ont été confrontées aux expériences en terme de tenue mécanique de l'interface soudée. Cette cartographie Temps-Température du soudage en continu nous a permis d'expliquer dans quelle voie l'amélioration du procédé doit se faire pour que la consolidation soit optimale.
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Nos travaux se sont intéressés au soudage de matériaux composites à matrice thermoplastique avec une application au procédé de consolidation en continu " Drapcocot " développé dans l'industrie aéronautique. L'objectif est de comprendre les mécanismes physico-chimiques qui interviennent lors de la consolidation du matériau APC-2 (fibres de carbone/PEEK) afin de pouvoir modéliser puis optimiser le procédé. L'originalité de l'étude a été de développer une modélisation thermique du procédé à l'échelle de la pièce composite et de mener simultanément une étude approfondie des phénomènes à l'échelle macromoléculaire. La modélisation thermique du procédé en 2D permet de simuler la consolidation d'un pli quels que soient les paramètres du procédé. Le modèle prend en compte les échanges de chaleur par conduction et par convection ainsi que les phénomènes de fusion et de cristallisation du matériau pour lesquels les cinétiques ont été identifiées par des essais d'analyse enthalpique différentielle. En ce qui concerne la dynamique des chaînes macromoléculaires, le temps de reptation, relatif à la diffusion du PEEK au niveau de l'interface, a été approché grâce à des essais rhéologiques. Quand à la dégradation thermique du PEEK, nous avons montré que le mécanisme de dégradation prépondérant est la réticulation du polymère. En couplant ces différentes approches, nous sommes désormais capables de prédire l'efficacité de la consolidation en fonction des paramètres du procédé. Dans le diagramme Vitesse de dépose-Température des torches du procédé, les limites imposées par les différents phénomènes physiques antagonistes sont données par des courbes "iso-diffusion" et "iso-dégradation". Ces simulations ont été confrontées aux expériences en terme de tenue mécanique de l'interface soudée. Cette cartographie Temps-Température du soudage en continu nous a permis d'expliquer dans quelle voie l'amélioration du procédé doit se faire pour que la consolidation soit optimale.
Author: Nicolas Boyard Publisher: John Wiley & Sons ISBN: 1848217617 Category : Science Languages : en Pages : 464
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This book addresses general information, good practices and examples about thermo-physical properties, thermo-kinetic and thermo-mechanical couplings, instrumentation in thermal science, thermal optimization and infrared radiation.
Author: Javad Fouladgar Publisher: John Wiley & Sons ISBN: 1118563085 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 255
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This book concerns the analysis and design of induction heating of poor electrical conduction materials. Some innovating applications such as inductive plasma installation or transformers, thermo inductive non-destructive testing and carbon-reinforced composite materials heating are studied. Analytical, semi-analytical and numerical models are combined to obtain the best modeling technique for each case. Each model has been tested with experimental results and validated. The principal aspects of a computational package to solve these kinds of coupled problems are described. In the first chapter, the mathematical tools for coupled electromagnetic and thermal phenomena are introduced. In Chapter 2, these tools are used to analyze a radio frequency inductive plasma installation. The third chapter describes the methodology of designing a low frequency plasma transformer. Chapter 4 studies the feasibility of the thermo inductive technique for non-destructive testing and the final chapter is dedicated to the use of induction heating in the lifecycle of carbon-reinforced composite materials. Contents 1. Thermal and Electromagnetic Coupling, Javad Fouladgar, Didier Trichet and Brahim Ramdane. 2. Simplified Model of a Radiofrequency Inductive Thermal Plasma Installation, Javad Fouladgar and Jean-Pierre Ploteau. 3. Design Methodology of A Very Low-Frequency Plasma Transformer, Javad Fouladgar and Souri Mohamed Mimoune. 4. Non Destructive Testing by Thermo-Inductive Method, Javad Fouladgar, Brahim Ramdane, Didier Trichet and Tayeb Saidi. 5. Induction Heating of Composite Materials, Javad Fouladgar, Didier Trichet, Samir Bensaid and Guillaume Wasselynck
Author: FOULGADAR Publisher: Lavoisier ISBN: 2746271478 Category : Languages : en Pages : 338
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Le chauffage par induction est actuellement absent dans beaucoup d'applications industrielles, et pourtant, il a une capacité importante d'innovations technologiques dès lors qu'un apport de chaleur est nécessaire. Cette absence vient du fait que les acteurs du chauffage par induction se sont intéressés essentiellement aux applications traditionnelles d'induction pour la fusion, l'élaboration et le traitement thermique des matériaux de bonnes conductivités électrique et thermique. L'objectif de cet ouvrage Électrothermie est donc de développer des méthodologies d'analyse et de la conception des systèmes du chauffage par induction pour les matériaux peu conducteurs. Dans ce cadre, les modèles analytiques et numériques couplés des phénomènes électromagnétiques et thermiques sont utilisés pour étudier et concevoir des installations du plasma inductif, de démontrer la faisabilité d'une technique du contrôle non destructif thermo inductive, et enfin illustrer les performance du chauffage par induction pour l'élaboration des matériaux composites à base de fibres de carbone.
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Le procédé de placement de fibres thermoplastiques permet de fabriquer des pièces composites de grandes dimensions ayant toutes sortes de géométries (double courbure par exemple). Ce procédé est basé sur le soudage continu par fusion d’un pli composite à matrice thermoplastique sur un substrat. Il reçoit un intérêt croissant au cours des dernières années en raison de sa capacité à réaliser des pièces hors autoclave. Cette étude s’inscrit dans le cadre d’un projet aéronautique qui vise à comprendre et développer ce procédé de dépose automatisé en étudiant l’histoire thermo-mécanique de la matière au cours de la dépose, le champ de contraintes résiduelles dans la pièce après fabrication et la capabilité du procédé pour un soudage in-situ. Cette étude permet d’autre part de contribuer au développement de la tête de dépose. Afin de contrôler et d'optimiser la qualité de la pièce fabriquée, la prédiction de l’histoire thermo-mécanique appliquée durant la fabrication du stratifié est nécessaire. Dans ce travail, une modélisation thermique originale de ce procédé est proposée. L’adhésion interplis évoluant au cours de la mise en forme et ayant une influence significative sur les transferts thermiques, ce paramètre est intégré dans le modèle au moyen de résistances thermiques de contact évolutives. Les résultats numériques sont validés par des mesures expérimentales. En raison de la géométrie particulière du problème (fines bandes de pré-imprégnés de grande longueur), une méthode de résolution numérique PGD ou (Proper Generalized Decomposition) est utilisée. Cette méthode permet de contourner les problèmes liés au grand ratio existant entre la longueur de matière et son épaisseur. Elle permet par ailleurs de prendre en compte de nombreux paramètres (matériaux, ou procédés) comme extra coordonnées du modèle. Finalement, différentes fenêtres procédé, adaptées au niveau de spécifications requis sur la pièce, sont définies. Les questions de maximisation de la cristallinité et minimisation des contraintes résiduelles sont abordées afin de pouvoir s’approcher du procédé in-situ recherché
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Les technologies de placement de plis ou d'enroulement filamentaire de composite à matrice thermoplastique avec consolidation en continu ont fait l'objet de nombreux travaux ces dernières années. Ces études ont porté principalement sur des composites à base de matrice thermoplastique semi-cristalline comme le poly(éther éther cétone) (PEEK) renforcée de fibres de carbone. L'objectif de la thèse est de déterminer les lois de comportement du composite fibres de carbone/matrice thermoplastique lors de la mise en œuvre afin de déduire quelle étape gouverne le processus de soudage et quels sont les paramètres procédés et matériaux influençant sa durée. Dans ce but, les principales propriétés de la matrice utiles à l'étude ont, dans un premier temps, été déterminées. Une attention particulière a été portée sur la dégradation thermique. Les analyses en thermogravimétrie ont ainsi permis d'évaluer sa cinétique de dégradation. Dans un deuxième temps, les mécanismes de contact intime et d'autohésion, responsables du soudage, ont été étudiés à partir de modèles. Pour cela, les mesures de rugosité de surface et de viscosité ont été intégrées au modèle de contact intime. Le temps de diffusion de la matrice a été déterminé par rhéologie puis intégré au modèle d'autohésion. Enfin, l'influence des paramètres procédé (temps, température et pression) et matériau (masses molaires et rugosité) sur les mécanismes de formation de l'interface et ses performances mécaniques a été évaluée expérimentalement par des tests d'adhérence (clivage et pelage) et comparée aux modèles.
Author: André Chateau Akué Asseko Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 179
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La mise en forme des composites MTP reprend des techniques déjà utilisées pour la mise en forme des pièces thermoplastiques simples comme le thermoformage ou le soudage. Cette thèse a proposé l'étude du procédé de soudage laser des composites à matrice thermoplastiques unidirectionnelles. La technique du soudage laser présente des avantages spécifiques pour des applications industrielles par rapport à d’autres technologies conventionnelles : méthode sans contact, précise et flexible. C’est un procédé facile à automatiser et à contrôler, un soudage rapide (quelques secondes), et une absence de vibration durant le procédé de soudage. Le procédé de soudage laser implique deux pièces composites. Une pièce semi-transparente à la longueur d’onde du laser et l’autre absorbante à la même longueur d’onde. La puissance du faisceau laser est transmise à travers le matériau semi-transparent et est absorbée à l’interface des deux matériaux. Le contact entre les pièces provoque le chauffage à l’interface (un transfert de chaleur par conduction a lieu entre les deux matériaux). Ainsi, la fusion des deux matériaux se produit (la liaison entre les deux parties se produit lorsque T>Tfusion dans ce domaine pour les polymères semi-cristallins et T>Tg pour les polymères amorphes). Cependant durant le procédé quelques difficultés apparaissent : les matériaux sont hétérogènes et anisotropes, cela entraine la divergence du trajet optique du faisceau laser à chaque interface fibre-matrice (phénomène de réfraction) causée par la multiplication des interfaces fibres matrice dans le matériau. Ce qui a en effet une influence sur la distribution de puissance à l'interface de soudure. La puissance de soudage du laser est réduite par cet effet de réfraction. L’obtention d’un joint de soudure de bonne qualité est conditionnée par une bonne compréhension du comportement du matériau sous l’irradiation laser, basée sur une identification, une modélisation des phénomènes optiques et thermiques impliqués.
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Les stratifiés composites hautes performances semi-cristallins sont des candidats pour l'industrie aéronautique. Le soudage de ces structures apparaît comme une nouvelle méthode d'assemblage sans ajout de matériaux externes et consiste à fondre localement l'interface et à mettre en contact les deux substrats. Le développement de l'adhésion est historiquement décrit par deux étapes activées thermiquement : l'établissement du contact intime à l'interface et la cicatrisation permettant à l'assemblage de retrouver idéalement les propriétés mécaniques du matériau initial. Les procédés de mise en forme des composites actuels sont très rapides, voire continus, et le temps disponible pour le développement de l'adhésion est limité. Ce travail de thèse s'intéresse aux phénomènes multiphysiques qui ont lieu aux interfaces soudées à des temps courts à l'aide d'études expérimentales et théoriques. Pour cela, un nouveau dispositif expérimental de soudage a été développé, permettant l'identification de la cinétique de cicatrisation d'un composite hautes performances PEKKCarbone. Une corrélation entre les temps de soudage et de relaxation rhéologiques montre l'influence de la dégradation liée à l'histoire thermique du composite sur sa cinétique de cicatrisation. L'établissement du contact intime apparaît également comme le facteur limitant aux basses pressions. Il est montré que le modèle généralement utilisé n'est pas adapté pour la prédiction de cette cinétique. D'autre part, la cristallisation, favorisée par la présence de fibres, est couplée avec la cicatrisation et peut donc dégrader la qualité de l'adhésion car elle influence la propagation de fissure. Une évolution du banc permettant un chauffage radiatif plus rapide est présentée et ouvre des perspectives pour une étude plus proche des conditions industrielles.
Author: Célia Nicodeau
Author: Célia Nicodeau
Author: Nicolas Boyard
Author: Javad Fouladgar
Author: FOULGADAR
Author: Anaïs Barasinski
Author: Arthur Levy
Author: Hélène Lebrun
Author: André Chateau Akué Asseko
Author: Julien Avenet
Author: Nicolas Côté