Amélioration du procédé de thermoformage de pièces aéronautiques non structurales.

Thermoforming process enhancement for non-structural aeronautical parts .

• Auteur / Autrice : Benoît Caubet
• Direction : Frederic Leonardi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 16/12/2024
• Etablissement(s) : Pau
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences Exactes et leurs Applications
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences analytiques et de Physico-chimie pour l'Environnement et les Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : Association : Association nationale de la recherche technique (France). Service Europe
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Centre national de la recherche scientifique (France ; 1939-....)
• Jury : Président / Présidente : Ahmed Allal
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cyrille Sollogoub, Christelle Combeaud, Frédéric Léonardi, Christian Carrot, Sylvain Amand
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cyrille Sollogoub, Christelle Combeaud

Mots clés

Mots clés contrôlés

Polymères ignifuges

Matières plastiques -- Thermoformage

Aéronautique -- Recherche

Mots clés libres

Thermoformage

Polymères ignifuges

Simulation numérique

Frottement

Viscoélasticité non-Linéaire

Thermoforming

Flame retardant polymers

Numerical simulation

Polymer friction

Nonlinear viscoelasticity

Résumé

Depuis de nombreuses années, le thermoformage est largement utilisé dans le secteur aéronautique pour la fabrication de pièces thermoplastiques en intérieur cabine et cockpit. Le travail présenté dans ce manuscrit repose sur la mise en place d’une simulation numérique de ce procédé de mise en œuvre pouvant s’inscrire dans un processus d’industrialisation.La particularité du secteur aéronautique impose l’utilisation de polymères ignifugés pour faire face au risque incendie. Ces propriétés anti-feu étant possibles par l’incorporation de différentes charges pouvant modifier les propriétés mécaniques du polymère. Pour cette étude, trois matériaux ignifugés utilisés dans l’industrie et présentant des comportements rhéologiques différents ont été sélectionnés. Aux grandes déformations, des essais de traction uniaxiale et des mesures en rhéologie élongationelle montrent que leurs comportements sont fortement évolutifs avec la température et la vitesse de sollicitation. Ils ont été modélisés à l’aide d’un modèle viscoélastique non-linéaire de type K-BKZ.Au-delà des propriétés rhéologiques, l’étude expérimentale du procédé de thermoformage à l’échelle laboratoire a également permis de mettre en évidence l’influence des propriétés thermiques et du frottement sur la déformation du polymère au contact du moule. Des essais tribologiques montrent que le coefficient de frottement est sensible à la température de contact, avec une augmentation importante au passage de la température de transition vitreuse. De plus, le type et l’état de surface du moule modifie celui-ci de manière significative.Une simulation numérique du procédé a été réalisée à partir du code commercial T-SIM. Le caractère prédictif a été évalué par comparaison avec les essais expérimentaux en laboratoire puis confronté sur une machine industrielle en condition de production.

For many years, thermoforming has been extensively used for the fabrication of thermoplastic parts in aircraft cabin and cockpit interiors. The work presented in this manuscript is based on the development of a numerical simulation of this manufacturing process, which can be integrated into an industrialization process.The specific requirements of the aeronautic field necessitate the use of flame-retardant polymers to mitigate the risk of fire. These flame-resistant properties are achieved by incorporating various fillers, which can alter the mechanical properties of the polymer. In this study, three flame-retardant materials used in the industry, each exhibiting different rheological behaviors, were selected. Under large deformations, uniaxial tensile tests and elongational rheology measurements show that their behaviors are highly sensitive to temperature and strain rate. These behaviors can be modeled using a non-linear viscoelastic model of the K-BKZ type.Beyond rheological properties, the experimental study of the thermoforming process at the laboratory scale also highlighted the influence of thermal properties and friction on the deformation of the polymer in contact with the mold. Tribological tests indicate that the coefficient of friction is sensitive to contact temperature, with a significant increase above glass transition temperature. Additionally, the material and surface condition of the mold significantly affect this coefficient.The numerical simulation of the process was conducted using the finite element code T-SIM®. The predictive accuracy and limitations of the simulation were assessed by comparison with laboratory-scale experimental tests and, subsequently, with parts produced on an industrial thermoforming machine.