Modélisation du procédé d'infusion de résine pour la fabrication de composites utilisant une caractérisation expérimentale réduite des propriétés d'écoulement des renforts fibreux

Modelling of the liquid resin infusion process for composites manufacturing using a reduced experimental characterization of mechanical and flow properties of fabrics

• Auteur / Autrice : Galyna Goncharova
• Direction : Christophe Binétruy, Sébastien Comas-Cardona
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Molécules et Matière Condensée
• Date : Soutenance le 06/12/2012
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : École nationale supérieure des techniques industrielles et des mines (Douai, Nord). Département Technologie des Polymères et Composites et Ingénierie Mécanique
• Partenaire(s) de recherche : École d'ingénieurs : École nationale supérieure des techniques industrielles et des mines (Douai, Nord ; 1878-2016)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Déformations (mécanique)

Mécanique des fluides

Modèles mathématiques

Conception et construction

Composites à fibres

Mots clés libres

Procédé d'infusion de résine

Résumé

Ce travail de thèse porte sur l’étude, le développement et l’analyse du couplage hydro-mécanique mis en jeu pendant le procédé d’infusion de résine (LRI) pour la fabrication de matériaux composites. Un modèle mathématique de ce procédé basé sur une caractérisation expérimentale réduite des propriétés mécaniques et d’écoulement des renforts fibreux est présenté. Le modèle considère un problème à frontière libre en couplant la loi de Darcy avec l’équation de conservation de la masse. Des solutions analytiques de l’évolution de la position du front d’écoulement, des profils de pression de fluide et d’épaisseur sont obtenues pour des écoulements unidirectionnels. Une solution pour des écoulements bi-directionnels est également obtenue en combinant des méthodes éléments finis et levelset. Les solutions uni- et bi-directionnelles ont été validées expérimentalement, un accord raisonnable est obtenu. Les fonctions qui relient l’écoulement, au travers des paramètres de position du front et de la perméabilité, et la déformabilité transverse du renfort fibreux ont été obtenues. Ainsi, la conservation de la masse combinée aux conditions aux limites permet d’obtenir une solution simple de l’évolution du front d’écoulement et des profils de pression et d’épaisseur d’une pièce composite infusée.

This thesis describes the study, analysis and development of a methodology to tackle hydro-mechanical coupling involved during Liquid Resin Infusion process. During the researches the new mathematical model of the LRI process for composites manufacturing using a reduced experimental characterization of mechanical and flow properties of fabric was presented. The mathematical modeling has been considering the moving-boundary problem, coupling Darcy's law with the continuity equation. An analytical solution of flow front progression, pressure distribution and thickness evolution has been achieved in 1D. A 2D flow was achieved using combination of finite element and level-set methods for numerical modeling. Proposed analytical and numerical models have been validated against experimental data, reasonable agreements have been achieved. The relationships which links fluid flow (permeability and flow extent) and induced thickness variations have been derived. Consequently, mass conservation together with additional boundary condition gives simple and effective way to find a pressure profile within a part being infused.