Analyse expérimentale et numérique de la fabrication de pièces composites par le procédé RTM

This work concerns the manufacturing of composite parts using the Resin Transfer Molding (RTM) process. A major goal of this study is to test the feasibility of using this process to manufacture a thick tubular part with a complex shape. This study concerns the different stages of the process with an important focus on the injection step of dry preforms. The goal of this thesis is to understand the generation of manufacturing defect (mainly porosity and preform deformation) that possibly takes place during the injection step to avoid them. An experimental procedure is proposed. An experimental setup was developed to study the influence of the different process parameters on the quality of the composite parts. The determination of the longitudinal and through the thickness permeabilities was conducted experimentally on sheared and un-sheared samples. An alternative technique to estimate the permeability is presented based on simulation software using X-ray tomography images at the microscale. At last, a quality control procedure was developed and applied to the tubes manufactured within this project. This experimental work was compared to numerical simulations of the injection stage. Using both numerical simulations and experiments, criteria on process and material parameters to predict the quality of the tailored parts are presented. Those criteria are successfully compared to experimental data and were applied to design innovative injection solutions that meet industrial specifications.Cette thèse s’intéresse à la fabrication de pièces composites par le procédé Resin Transfert Molding (ou RTM), appliquée à des tubes de protection thermiques. Plus particulièrement, cette thèse vise à démontrer la faisabilité d’utiliser ce procédé pour la fabrication cette pièce complexe. La phase d’imprégnation de préformes sèches est plus particulièrement étudiée. Après mise en oeuvre, cette pièce peut présenter des défauts tels que de la porosité ou des déplacements de plis constituant la préforme. L’objectif de cette thèse est donc de comprendre l’origine de ces défauts et de minimiser voire de d’empêcher leur apparition. Pour cela, une démarche expérimentale a été mise en place. Celle ci comprend la réalisation d’un pilote de laboratoire permettant d’appliquer différentes conditions d’imprégnation aux préformes considérées. La perméabilité des renforts considérés a aussi été évaluée à différentes échelles grâce à l’utilisation de moyen dédiés à l’échelle macroscopique (banc de perméabilité planaire et transverse), et grâce à l’utilisation d’un code de calcul se basant sur des images de tomographie synchrotron à l’échelle microscopique. Enfin, une analyse de la qualité des prototypes réalisés a été menée en suivant des procédures mises en place lors de ce projet et les résultats analysés et mis en relation avec les conditions de mise en oeuvre. Cette approche expérimentale est couplée aux simulations numériques de la phase d’imprégnation que nous avons aussi mise en oeuvre au cours de cette thèse. Par l’utilisation combinée de la simulation numérique et des essais expérimentaux, nous avons défini des critères estimant le risque d’apparition des défauts. Ces critères ont montré leur efficacité sur les solutions innovantes que nous avons proposées puisque répondant aux exigences du cahier des charges industriel

Experimental and numerical study of the manufacturing of composite parts using the RTM process

Cette thèse s’intéresse à la fabrication de pièces composites par le procédé Resin Transfert Molding (ou RTM), appliquée à des tubes de protection thermiques. Plus particulièrement, cette thèse vise à démontrer la faisabilité d’utiliser ce procédé pour la fabrication cette pièce complexe. La phase d’imprégnation de préformes sèches est plus particulièrement étudiée. Après mise en oeuvre, cette pièce peut présenter des défauts tels que de la porosité ou des déplacements de plis constituant la préforme. L’objectif de cette thèse est donc de comprendre l’origine de ces défauts et de minimiser voire de d’empêcher leur apparition. Pour cela, une démarche expérimentale a été mise en place. Celle ci comprend la réalisation d’un pilote de laboratoire permettant d’appliquer différentes conditions d’imprégnation aux préformes considérées. La perméabilité des renforts considérés a aussi été évaluée à différentes échelles grâce à l’utilisation de moyen dédiés à l’échelle macroscopique (banc de perméabilité planaire et transverse), et grâce à l’utilisation d’un code de calcul se basant sur des images de tomographie synchrotron à l’échelle microscopique. Enfin, une analyse de la qualité des prototypes réalisés a été menée en suivant des procédures mises en place lors de ce projet et les résultats analysés et mis en relation avec les conditions de mise en oeuvre. Cette approche expérimentale est couplée aux simulations numériques de la phase d’imprégnation que nous avons aussi mise en oeuvre au cours de cette thèse. Par l’utilisation combinée de la simulation numérique et des essais expérimentaux, nous avons défini des critères estimant le risque d’apparition des défauts. Ces critères ont montré leur efficacité sur les solutions innovantes que nous avons proposées puisque répondant aux exigences du cahier des charges industriel.This work concerns the manufacturing of composite parts using the Resin Transfer Molding (RTM) process. A major goal of this study is to test the feasibility of using this process to manufacture a thick tubular part with a complex shape. This study concerns the different stages of the process with an important focus on the injection step of dry preforms. The goal of this thesis is to understand the generation of manufacturing defect (mainly porosity and preform deformation) that possibly takes place during the injection step to avoid them. An experimental procedure is proposed. An experimental setup was developed to study the influence of the different process parameters on the quality of the composite parts. The determination of the longitudinal and through the thickness permeabilities was conducted experimentally on sheared and un-sheared samples. An alternative technique to estimate the permeability is presented based on simulation software using X-ray tomography images at the microscale. At last, a quality control procedure was developed and applied to the tubes manufactured within this project. This experimental work was compared to numerical simulations of the injection stage. Using both numerical simulations and experiments, criteria on process and material parameters to predict the quality of the tailored parts are presented. Those criteria are successfully compared to experimental data and were applied to design innovative injection solutions that meet industrial specifications

Etapes du procédé RTM pour pièces de protections thermiques

Dans le cadre d'une application de tubes de protections thermiques, ce travail décrira les différentes étapes du procédé de fabrication, de type RTM. L'importance des étapes de dépose et de compaction sèche seront mise en évidence, par une approche expérimentale. Le choix des renforts en adéquation avec le procédé sera justifié. L’influence des paramètres, orientation et densité des mèches sur l'étape d'injection sera analysée. La qualité de la pièce finale sera étudiée par des tomographies

Analysis and Minimization of Race Tracking in the Resin-Transfer-Molding Process by Monte Carlo Simulation

A numerical analysis of the influence of race tracking on dry spots formation and the accuracy of permeability measurement during the resin-transfer-molding process is presented. In the numerical simulation of the mold-filling process, defects are randomly generated, and their effect is assessed by a Monte Carlo simulation method. The effect of race tracking on the unsaturated permeability measurement and dry spots formation is investigated on flat plates. It is observed that the race-tracking defects located near the injection gate increase up to 40% of the value of the measured unsaturated permeability. The race-tracking defects located near the air vents are more likely to generate dry spots, whereas those near the injection gates have a less significant influence on dry spots generation. Depending on vent location, it has for instance been shown that the dry spot area can increase by a factor of 30. Dry spots may be mitigated by placing an air vent at a suitable location based on the numerical analysis results. Moreover, those results may be helpful to determine optimal sensor locations for the on-line control of mold-filling processes. Finally, the approach is successfully applied to a complex geometry

Influence de la dépose sur l'injection lors du procédé RTM de tubes gainés

National audienceThis work concerns the manufacturing of a tube using a RTM process. The influence of the first step on the injection step is analyzed, by the prediction of the deformability of the braided reinforcement used and by the estimation of the yarn volume fraction. These parameters have a significant impact on the permeability component and consequently on the properties of the final piece. Some analytical models are developed based on the analysis of plane shear evolution of the reinforcement. Results are compared to experimental values obtained by tomography for the volume fraction and by the measurement of the shear angle

Modeling the Residual Stress in Woven Thermoset Composites Parts for Aerospace Applications Using Finite Element Methods

International audienc

Thermoplastic/thermoset multilayer composites: A way to improve the impact damage tolerance of thermosetting resin matrix composites

International audienceWe present a method to improve the impact damage tolerance of thermoset resin matrix composites by exploiting thermoplastic material impact resistance properties. Two configurations of thermoplastic/thermoset multilayer composites are considered: (a) thermoplastic material is used on sample surface as shock absorber and (b) thermoplastic film is inserted in between thermoset layers to act as interlayer. We aim at increasing adhesion strength between thermoplastic and thermoset resin matrix. We show that mode I critical strain energy release rate, determined by the wedge double cantilever beam fracture test, increases significantly when a third amorphous polymer interlayer compatible with both thermoplastic and thermoset resin is inserted. The analysis of scanning electron microscope fracture surfaces helps us to clarify the adhesion mechanism involved. The high adhesion between thermoplastic and thermoset resins obtained with this method, together with the ability of thermoplastics to dissipate the impact damage in the first plies ensure the reliability of this stacked configuration. Finally, we show that these multilayer composite significantly increases the impact resistance of composite materials

Modeling the Residual Stress in Woven Thermoset Composites Parts for Aerospace Applications Using Finite Element Methods

International audienc

Modeling the Residual Stress in Woven Thermoset Composites Parts for Aerospace Applications Using Finite Element Methods

International audienc