Development of multi-scale and multi-physics models for the design of cork-based composites
Développement de modèles multi-échelle et multi-physiques pour la conception de composites à base de liège
Résumé
This thesis focuses on the development of multi-scale and multi-physical models of the cork agglomerate with the aim of developing a first contribution to characterise the behaviour of cork-based composites. This work contributes to the development of new design methods based on systematic approaches. The thesis’s work is focused on white agglomerates. A first 2D numerical model of the agglomerate at the mesoscopic scale has been developed in order to understand the local thermomechanical behaviour of cork granules. This made it possible to study the influence of some design parameters on the thermoelastic properties of the agglomerate at the macroscopic scale. Following this first work, the 2D numerical model of the agglomerate has been generalised and a new 3D numerical model has been proposed. A homogensation strategy, based on a stochastic approach, has been introduced to study the influence of the variability of the elastic properties of natural cork on the elastic properties of the agglomerate as a function of temperature. The results obtained thanks to these works can be useful for the design of the agglomerate by the trial/error method. Finally, the pre-stress state into the agglomerate, made by the compression moulding, has been evaluated by means of the simulation of the compression process. The proposed approach is based on a simulation of the mould filling phase followed by a compression phase. The time dependent stress-strain curves of the granulate, at different strain states, represent a first useful result as input data in a design approach that takes into account the effects of manufacturing process.
Cette thèse porte sur le développement de modèles multi-échelle et multi-physiques de l’aggloméré de liège dans le but de développer une première contribution à la compréhension du comportement des composites à base de liège. Ce travail contribue au développement de nouvelles méthodes de conception basées sur des approches systématiques. Le travail de thèse est focalisé sur les agglomérés blancs. Un premier modèle numérique 2D de l’agglomère à l’échelle mésoscopique a été développé afin de comprendre le comportement thermomécanique local des granules de liège. Ceci a permis d’étudier l’influence de certains paramètres de conception sur les propriétés thermoélastiques de l’aggloméré à l’échelle macroscopique. À la suite de ce premier travail, le modèle numérique 2D de l’aggloméré a été généralisé et un nouveau modèle numérique 3D a été développé. Une stratégie d’homogénéisation, basée sur une approche stochastique, a été développée afin d’étudier l’influence de la variabilité des propriétés élastiques du liège naturel sur les propriétés élastiques de l’aggloméré en fonction de la température. Les résultats obtenus grâce à ces travaux peuvent être utiles dans une logique d'aide à la décision pour la conception de l'aggloméré par la méthode essai/erreur. Enfin, l’état de pré-contrainte au sein de l’aggloméré fabriqué par moulage par compression a été évalué à travers la simulation du processus de compression. L’approche proposée est basée sur une simulation de la phase de remplissage du moule suivie d’une phase de compression. Les courbes contrainte-déformation du granulé, dépendants du temps et à différents états de déformation, représentent un premier résultat utile comme donnée d’entrée dans une démarche de conception qui tient compte des effets du procédé de fabrication
Domaines
Génie des procédés
Origine : Version validée par le jury (STAR)