Couplage fluide/milieu poreux en grandes déformations pour la modélisation des procédés d'élaboration par infusion

par Pierre Celle

Thèse de doctorat en Mécanique et ingéniérie

Sous la direction de Sylvain Drapier.

Soutenue en 2006

à Saint-Etienne, EMSE .

mots clés

• Composites
• Matériaux poreux -- Fluides, Dynamique des
• Fluides, Dynamique des
• Fluides, Mécanique des
• Modèles mathématiques

Résumé

Un modèle complet pour la simulation d’un écoulement thermo-réactif à travers un milieu poreux compressible est présenté et appliqué à l'étude des procédés d'élaboration des matériaux composites par infusion (Liquid Resin Infusion-LRI et Resin Film Infusion-RFI) afin de prévoir les épaisseurs et les fractions volumiques de fibres de la pièce finale. Le modèle développé inclut une condition de Beaver-Joseph-Schaffman pour le couplage entre le milieu poreux saturé et l’écoulement dans la zone libre. Une formulation ALE pour l'écoulement de la résine dans le milieu poreux déformable subissant de fortes déformations est utilisée et couplée à une formulation Lagrangienne Réactualisée pour la partie solide. Enfin, des modèles thermo-chimiques sont utilisés pour traiter la réticulation de la résine. Des outils numériques ont été développés puis combiner pour simuler les procédés LRI et RFI. Les résultats numériques ont été comparés avec des essais expérimentaux.

Titre traduit

Coupling fluid / porous material under finite stains for modeling the infusion based manufacturing processes.

Résumé

An overall model for the study of a non isothermal fluid flow across a highly compressible porous medium is presented and applied for the study of dry composite manufacturing processes by infusion (Liquid Resin Infusion-LRI and Resin Film Infusion-RFI) in order to predict the thickness and the porosity of the final structure. The model developed includes a modified Beaver-Schaffman-Joseph condition to couple flow across and outside the porous medium. An ALE formulation of the liquid flow across the deformable porous medium in which finite strains are accounted is coupled with an updated Lagrangian scheme for the solid behaviour. Finally, thermo-chemical models are employed to account for the resin reticulation. Numerical tools have been developed and combined for the simulation of LRI and RFI processes. Numerical results have been compared with experimental test.