Caractérisation et modélisation du comportement thermomécanique des matériaux métalliques : vers la prise en compte des hétérogénéités micro-structurales intrinsèques.

To obtain a relevant shape of a formed part during its finite element simulation, several steps are needed: thermo-mechanical caracterization of the material, definition of the most relevant model and integration of this model in the FE software and finally after data converting and computing processes. The modelling step include, among other things, the identification of the most appropriate model to fit the experimental material behaviour. Those models are essentially developped within the framework of continuum mechanics (CM). A strong, if not the main assumption of the CM consists in considering that mechanical description variables are continuous and differentiable. However, the basic knowledge of metallurgy indicates that local data in metallic materials are discontinuous. For metallic materials, the majority of constitutive models are based on the definition of a representative elementary volume (REV). This REV is supposed to be large enough to erase the incidence of local heterogeneities. Then those constitutive models are assumed to be homogeneous.The aim of this work is to show that introducing local heterogeneities in the description of constitutive models is relevant and contribute to improve the simulation accuracy. Those models also provide an enlargement of the simulation predictive potential. Then an elasto-plastic model, based on local heterogeneities description, is proposed.La prédiction de la géométrie d'une pièce mise en forme par déformation plastique grâce à un logiciel de calcul par éléments finis (EF) s'effectue en suivant séquentiellement différentes étapes : la caractérisation thermo-mécanique du matériau, la modélisation de son comportement et son intégration dans un logiciel EF, puis la mise en données et la simulation de l'opération de formage. La phase de modélisation consiste entre autre à identifier quel type de modèle de comportement est le plus approprié pour prédire les réactions du matériau lors de l'opération de formage. Ces modèles sont essentiellement développés dans le cadre de la mécanique des milieux continus (MMC). L'hypothèse forte, si ce n'est centrale, de la MMC consiste à considérer que les variables qui servent à déterminer le comportement du matériau sont continues et dérivables. Cependant, les connaissances les plus élémentaires de métallurgie indiquent que les grandeurs locales dans les matériaux métalliques sont discontinues. La majorité des modèles de comportement mécanique des matériaux métalliques repose sur la définition d'un volume élémentaire représentatif dont la taille est assez grande pour permettre une homogénéisation de la description du comportement en gommant l'influence des hétérogénéités localesL'objet de ces travaux est de montrer que la prise en compte des hétérogénéités locales dans la modélisation du comportement des matériaux métalliques est pertinente et contribue à l'amélioration de la prédiction des simulations d'opérations de mise en forme en élargissant le potentiel prédictif des modèles ainsi construits. Un modèle élasto-plastique prenant en compte les hétérogénéités locales est alors proposé

Caractérisation et modélisation du comportement thermomécanique des matériaux métalliques : vers la prise en compte des hétérogénéités micro-structurales intrinsèques.

To obtain a relevant shape of a formed part during its finite element simulation, several steps are needed: thermo-mechanical caracterization of the material, definition of the most relevant model and integration of this model in the FE software and finally after data converting and computing processes. The modelling step include, among other things, the identification of the most appropriate model to fit the experimental material behaviour. Those models are essentially developped within the framework of continuum mechanics (CM). A strong, if not the main assumption of the CM consists in considering that mechanical description variables are continuous and differentiable. However, the basic knowledge of metallurgy indicates that local data in metallic materials are discontinuous. For metallic materials, the majority of constitutive models are based on the definition of a representative elementary volume (REV). This REV is supposed to be large enough to erase the incidence of local heterogeneities. Then those constitutive models are assumed to be homogeneous.The aim of this work is to show that introducing local heterogeneities in the description of constitutive models is relevant and contribute to improve the simulation accuracy. Those models also provide an enlargement of the simulation predictive potential. Then an elasto-plastic model, based on local heterogeneities description, is proposed.La prédiction de la géométrie d'une pièce mise en forme par déformation plastique grâce à un logiciel de calcul par éléments finis (EF) s'effectue en suivant séquentiellement différentes étapes : la caractérisation thermo-mécanique du matériau, la modélisation de son comportement et son intégration dans un logiciel EF, puis la mise en données et la simulation de l'opération de formage. La phase de modélisation consiste entre autre à identifier quel type de modèle de comportement est le plus approprié pour prédire les réactions du matériau lors de l'opération de formage. Ces modèles sont essentiellement développés dans le cadre de la mécanique des milieux continus (MMC). L'hypothèse forte, si ce n'est centrale, de la MMC consiste à considérer que les variables qui servent à déterminer le comportement du matériau sont continues et dérivables. Cependant, les connaissances les plus élémentaires de métallurgie indiquent que les grandeurs locales dans les matériaux métalliques sont discontinues. La majorité des modèles de comportement mécanique des matériaux métalliques repose sur la définition d'un volume élémentaire représentatif dont la taille est assez grande pour permettre une homogénéisation de la description du comportement en gommant l'influence des hétérogénéités localesL'objet de ces travaux est de montrer que la prise en compte des hétérogénéités locales dans la modélisation du comportement des matériaux métalliques est pertinente et contribue à l'amélioration de la prédiction des simulations d'opérations de mise en forme en élargissant le potentiel prédictif des modèles ainsi construits. Un modèle élasto-plastique prenant en compte les hétérogénéités locales est alors proposé

Analysis of the film stacking processing parameters for PLLA/flax fibre biocomposites

International audienceNowadays, the market demand for environmentally friendly materials is rapidly increasing. Biodegradable fibres and biodegradable polymers mainly extracted from renewable resources are expected to be a major contribution to the production of new industrial high performance biodegradable composites, partially solving the problem of waste management. At the end of its lifetime, a structural biodegradable composite can be crushed and recycled through a controlled industrial composting process. Bodros et al. [1] showed that biodegradable PLLA (L-polylactide acid)/flax fibres mat composites exhibiting specific tensile properties equivalent to glass fibre polyester composites can be manufactured by an un-optimised film stacking process. In our study, the process has been investigated more extensively. Indeed, the compaction of flax mats requires a higher load than for glass mats of similar areal weight. The transverse permeability of flax mats has also been shown to be lower than for glass mats. In both cases, this is due to a higher degree of entanglement of the flax fibres within the mat. However, the range of permeability and compressibility values of the flax mats are well within the values that allow a good through-thethickness impregnation. Flax fibres cannot sustain long exposures at the impregnation temperature of the mats by PLLA resin. Through-the-thickness impregnation of flax mats processes such as film stacking are more suitable than in-plane impregnation processes such as Resin Transfer Molding because the flow of resin is limited on short distances and allows short times of impregnation

Modélisations et simulations de la mise en forme d'un connecteur d'épaisseur ultra-mince par un processus multi-passes

Trois modèles du comportement plastique du cuivre sont utilisés pour simuler la mise en forme par pliage d'un connecteur d'épaisseur ultra-fine. Les modèles proposés sont des modèles qui induisent différents schémas de contraintes internes et donc de stockage d'énergie élastique. Ainsi l'impact d'un modèle phénoménologique élasto-plastique avec écrouissage mixte, d'un modèle de plasticité cristalline et d'un modèle compartimenté sur le retour élastique est évalué dans le cas d'un composant industriel

Void Prediction During Liquid Composite Molding Processes: Wetting and Capillary Phenomena

The aim of this work is to contribute in improving fibrous preforms impregnation for Liquid Composite Molding (LCM) processes. The void prediction in LCM sparks off interest within the Composite Material elaboration because it represents a significant issue to keep the expected mechanical properties of the final product. The liquid properties, the preform geometry and the flow conditions impact the void or bubble entrapped inside and outside the yarns. Nevertheless, due to the complex geometry of the reinforcement, experimental characterization of bubble formation remains delicate. Thus, our study deals with two simple model networks representing connected pores so called "Pore Doublet Model". A first is considering two capillaries converging on a node (T-junction) and a second is representing two capillaries interconnected with a supplying principle. In this paper, we emphasize on microfluidic and millifluidic approaches where wetting and capillary forces are significant during bubble formation mechanism.Comment: 8 pages; 15th European Conference on Composite Materials, Venise : Italy (2012

Theoretical and Experimental Modelling of Bubble Formation with Connected Capillaries in Liquid Composite Moulding Processes

The void prediction in LCM processes sparks off interest within the composite material industry because it is a significant issue to keep the expected mechanical properties. The liquid properties, the preform geometry and the flow conditions impact the quantity of void entrapped inside the final product. The complex geometry of the reinforcement due to the arrangement of the bundles and the fibres is a key point to understand and quantify this phenomenon. This paper deals with both simple model networks which can occur inside a fabric representing connected capillaries, so-called "Pore Doublet Model (PDM)". A first is considering two capillaries converging on a node (T-junction) and a second is representing two capillaries interconnected with a supplying principle. These configurations can affect locally the evolution of flow fronts. First, experiments of bubble formed in a T-junction device have been performed and studied. Then a theoretical approach was proposed to forecast microvoid and macrovoid formation, by taking into account a supplying principle and arranged Washburn equation in forced filling.Comment: 8 pages; 11th International Conference Flow Processing in Composite Materials, Auckland : New Zealand (2012

Relation expérimentale entre profils de saturation et taux de vides lors du procédé RTM

Dans un banc expérimental modélisant les procédés de type Resin Transfer Molding (RTM) pour matériaux composites avec un liquide modèle remplaçant la résine, un réseau de capteurs de conductivité permet d'établir les courbes de saturation pendant l'injection et en différents points de la préforme. L'évolution des profils de saturation dans le temps lors d'injections effectuées à pression constante permettent de prédire directement le taux de vides générés. Les résultats sont en accord avec les modèles de la bibliographie qui prévoient un minimum de vides pour une vitesse de front spécifique

Fragmentation induite par la gravité lors de l'imprégnation spontanée d'une jonction asymétrique

L'étude des écoulements diphasiques dans les milieux poreux est utile pour de nombreuses applications industrielles comme, par exemple, la mise en ?uvre des matériaux composites ou l'exploitation pétrolière des sols. Dans ces deux applications, l'emprisonnement d'une phase par une autre est problématique et fait par conséquent l'objet de nombreuses recherches. Les mécanismes mis en jeu sont généralement étudiés soit à l'échelle microscopique pour illustrer des phénomènes singuliers (« snap-off », doublet de pore) soit à l'échelle macroscopique pour étudier la stabilité du déplacement du front en fonction des nombres adimensionnés qui caractérisent l'écoulement (digitations visqueuse et capillaire). Récemment, Sadjadi & al. [1] ont montré l'existence d'un mécanisme local d'immobilisation temporaire d'un ménisque lors de l'imprégnation spontanée d'une jonction Y asymétrique. Ils en ont déduit une nouvelle loi de l'évolution du front en fonction du temps. Le ménisque s'arrête dans le capillaire le plus large car le capillaire le plus fin détourne le liquide par différentiel de la pression de Laplace. Notre étude exploite ce mécanisme en y ajoutant la gravité. Celle-ci permet d'amplifier le phénomène si elle agit dans le même sens ou de l'atténuer dans le sens opposé. Elle conduit notamment à la fragmentation de la phase mouillante, qui ne se produit pas en son absence. La jonction est modélisée analytiquement en utilisant la loi de Lucas-Washburn et deux scénarios possibles sont identifiés lorsque le front d'un liquide complètement mouillant atteint la jonction : i. lorsque la gravité renforce le détournement du liquide vers le capillaire le plus fin, une partie du liquide finit par se détacher du reste de la phase mouillante puis chute séparément dans le capillaire qu'il occupe. L'imprégnation reprend alors au niveau de la jonction et mène à la production d'autres fragments de taille comparable. ii. si la gravité s'oppose au détournement du liquide, l'imprégnation est aussi dirigée dans un premier temps dans le capillaire fin par le différentiel de pression de Laplace. Puis, lorsque la pression hydrostatique devient comparable à celle-ci, l'écoulement change de direction et le capillaire le plus fin démouille jusqu'à la jonction. Cela induit la production d'un fragment isolé de liquide dans le capillaire large. Par la suite, d'autres fragments de liquide de taille différente sont produits dans le capillaire large. Les conditions de mise en place sont étudiées ainsi que la dynamique du second scénario de manière analytique et les temps caractéristiques de mouillage et de démouillage sont identifiés ainsi que la hauteur maximale atteinte par le ménisque. Une étude expérimentale du second régime a été réalisée avec des cellules microfluidiques dont les canaux ont des dimensions de l'ordre de 400µm. Les influences des propriétés du liquide, de la géométrie de la cellule et de l'orientation du champ de pesanteur sont caractérisées pour vérifier les prédictions du modèle analytique. Les résultats montrent une bonne correspondance entre la théorie et l'expérience ainsi qu'une forte sensibilité vis-à-vis des paramètres géométriques. [1] Z. Sadjadi, H. Rieger, Scaling theory for spontaneous imbibition in random networks of elongated pores, Phys. Rev. Lett. 110, 144502 (2013

Détection de bulles en mouvement dans une préforme fibreuse par méthode ultrasonore

La détection de bulles lors de l'élaboration de matériaux composites de type Resin Transfer Molding (RTM) répond à une problématique actuelle. Nous proposons une méthode pour observer les tailles et vitesses de bulles d'air moyennant un transducteur multi-éléments. La méthode est testée dans un flux d'huile silicone seule et ensuite dans un échantillon de préforme fibreuse plongé dans l'écoulement visqueux. Au moyen de ces mesures, l'évolution des bulles est reliée aux processus qui les génèrent afin d'envisager des améliorations à la technique de mise en forme

Characterization and modelling of the thermomechanical behavior of metallic materials : towards the consideration of intrinsic micro-structural heterogeneities

La prédiction de la géométrie d'une pièce mise en forme par déformation plastique grâce à un logiciel de calcul par éléments finis (EF) s'effectue en suivant séquentiellement différentes étapes : la caractérisation thermo-mécanique du matériau, la modélisation de son comportement et son intégration dans un logiciel EF, puis la mise en données et la simulation de l'opération de formage. La phase de modélisation consiste entre autre à identifier quel type de modèle de comportement est le plus approprié pour prédire les réactions du matériau lors de l'opération de formage. Ces modèles sont essentiellement développés dans le cadre de la mécanique des milieux continus (MMC). L'hypothèse forte, si ce n'est centrale, de la MMC consiste à considérer que les variables qui servent à déterminer le comportement du matériau sont continues et dérivables. Cependant, les connaissances les plus élémentaires de métallurgie indiquent que les grandeurs locales dans les matériaux métalliques sont discontinues. La majorité des modèles de comportement mécanique des matériaux métalliques repose sur la définition d'un volume élémentaire représentatif dont la taille est assez grande pour permettre une homogénéisation de la description du comportement en gommant l'influence des hétérogénéités localesL'objet de ces travaux est de montrer que la prise en compte des hétérogénéités locales dans la modélisation du comportement des matériaux métalliques est pertinente et contribue à l'amélioration de la prédiction des simulations d'opérations de mise en forme en élargissant le potentiel prédictif des modèles ainsi construits. Un modèle élasto-plastique prenant en compte les hétérogénéités locales est alors proposé.To obtain a relevant shape of a formed part during its finite element simulation, several steps are needed: thermo-mechanical caracterization of the material, definition of the most relevant model and integration of this model in the FE software and finally after data converting and computing processes. The modelling step include, among other things, the identification of the most appropriate model to fit the experimental material behaviour. Those models are essentially developped within the framework of continuum mechanics (CM). A strong, if not the main assumption of the CM consists in considering that mechanical description variables are continuous and differentiable. However, the basic knowledge of metallurgy indicates that local data in metallic materials are discontinuous. For metallic materials, the majority of constitutive models are based on the definition of a representative elementary volume (REV). This REV is supposed to be large enough to erase the incidence of local heterogeneities. Then those constitutive models are assumed to be homogeneous.The aim of this work is to show that introducing local heterogeneities in the description of constitutive models is relevant and contribute to improve the simulation accuracy. Those models also provide an enlargement of the simulation predictive potential. Then an elasto-plastic model, based on local heterogeneities description, is proposed