Fabrication par enroulement filamentaire et analyse expérimentale de réservoir hydrogéne en composite Thermoplastiques

Manufacturing and experimental analysis of thermoplastic filament winding structures for hydrogen tanks

• Auteur / Autrice : Purith Polnikorn
• Direction : Bruno Castanié, Philippe Olivier
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Génie mécanique, mécanique des matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2021
• Etablissement(s) : Université de Toulouse (2023-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ICA - Institut Clément Ader
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : MSC - Matériaux et Structures Composites
• Partenaire(s) de recherche : établissement délivrant conjointement le doctorat : Institut national des sciences appliquées (Toulouse ; 1961-....)

Mots clés

Mots clés libres

Hydrogéne

Enroulement filamentaire

Composite

Thermoplastique

Filament winding

Hydrogen

Thermoplastic

Composite

Impact

Damage tolerance

Résumé

L'objectif de ce doctorat. est de développer un procédé de fabrication de réservoirs d'hydrogène avec des filaments préimprégnés à matrice thermoplastique renforcés de fibres de carbone. Les objectifs de la thèse peuvent être résumés comme suit : * Adapter la machine de bobinage filamentaire du laboratoire à la fabrication avec un matériau composite à matrice thermoplastique à haute température de fusion. Modélisation du problème thermique et conception d'un nouveau dispositif de chauffage permettant de soumettre la remorque à une température d'environ 350-400°C Étudier la qualité de fabrication à travers différentes formes (plaques, tubes) et séquences d'empilement. La qualité des matériaux sera évaluée grâce à diverses méthodes expérimentales telles que la tomographie aux rayons X, l'analyse thermomécanique, … Effectuer une analyse des effets des paramètres de fabrication sur les propriétés du matériau thermoplastique (c.-à-d. degré de cristallinité, température de transition vitreuse, teneur en vide, espace et chevauchement, résistance à la tension statique à température ambiante et cryogénique) Test sous impacts à basse vitesse à température ambiante et à température cryogénique sur éprouvettes planes puis courbes. Qualification de la zone endommagée, sa forme et mesure de la bosselure résiduelle, étude expérimentale du BVID (Barely Visible Impact Damage) Tester la résistance résiduelle après impact d'éprouvettes de plaques sous tension.

The objective of this Ph.D. is to develop a manufacturing method for producing Hydrogen tanks with towprepregs (unidirectional tows of preimpregnated fibres). It is intended to use thermoplastic matrix towpregs reinforced with carbon fibres. Thesis aims can be summarized as follow: Adapt the laboratory's filament-winding machine for manufacturing with high melting temperature thermoplastic matrix composite material. Modelling of thermal problem and design of a new heating device enabling to submit the towpreg to temperature around 350-400°C Investigate the quality of manufacturing through different shapes and stacking sequences. Material quality will be assessed owing to various experimental methods such has X-rays tomography, thermomechanical analysis, Perform an analysis of the effects of the manufacturing parameters on the thermoplastic material properties (i.e. degree of crystallinity, glass transition temperature, void content, gap and overlap, static tension strength at room and cryogenic temperature) Test under low velocity impacts at room temperature and at cryogenic temperature on plane and then curved specimens. Qualification of the damage area, its shape and measurement of residual dent, experimental investigation of the BVID (Barely Visible Impact Damage) Test the residual strength after impact of plate specimens under tension.