Cette thèse avait pour but principal de proposer le développement d’un modèle numérique macroscopique de la phase d’imprégnation d’une préforme lors d’un procédé d’infusion sous vide de type VARI et d’assurer la validité de ce modèle pour des renforts de différentes architectures (mat et tissé). Dans cette optique, des essais de caractérisation in situ du comportement réel de préformes ont été réalisés lors d’essais d’infusion, puis comparés à des essais de caractérisation ex situ effectués sur une machine de traction/compression dans des conditions expérimentales au plus proche de celles des essais d’infusion. Cette double caractérisation a prouvé que le renfort tissé montrait un comportement viscoélastique à l’état imprégné en décompression. En effet, dans de telles conditions, nous avons observé une influence non négligeable de la viscosité du fluide et de la vitesse de déformation, dans des gammes représentatives de celles des essais d’infusion sous vide. Par conséquent, ces effets viscoélastiques sont à considérer dans l’expression de la loi de comportement mécanique du renfort tissé selon l’épaisseur, si nous souhaitons décrire un comportement fidèle de ce renfort lors de la simulation de son imprégnation au cours du procédé par infusion sous vide. En revanche, le renfort mat imprégné en décompression ne présente aucun effet viscoélastique, dans des gammes de viscosités du fluide et de vitesses de déformation identiques à celles relevées lors des essais d’infusion. Dans le cas de ce renfort, l’expression de la loi de comportement peut donc se résumer à une simple relation contrainte-déformation, représentative d’une comportement élastique non-linéaire du renfort.
Une forme générale de loi de comportement mécanique, valable pour les deux renforts dans la direction de l’épaisseur, a alors été définie à partir des données de caractérisation ex
situ. Cette loi unique peut décrire le comportement d’un renfort élastique non-linéaire (cas du
renfort mat), mais aussi prendre en compte les éventuels effets viscoélastiques que présentent certains renforts (cas du renfort tissé).
La très bonne concordance entre les résultats numériques et expérimentaux pour le renfort mat (temps d’infusion, profils de pression et de hauteur au cours du temps) confirme la qualité de la définition de la loi de comportement et son implantation dans le code numérique. De même, la manière dont sont considérées les conditions aux limites en pression aux points d’injection du fluide dans la préforme est également validée. Concernant le renfort tissé, le modèle numérique présente également des résultats qualitatifs et quantitatifs satisfaisants, notamment en termes de temps d’infusion (avec un écart relatif entre les résultats numériques et expérimentaux de 2.5% et 11%, respectivement pour les Infusions T1 avec l’huile de faible viscosité et T2 avec l’huile de viscosité moyenne). Cependant, quelques écarts apparaissent au niveau des profils numériques de pression du fluide et de hauteur de la préforme au cours du temps pour la modélisation du renfort tissé. Dans l’optique d’affiner davantage ces résultats, quelques améliorations peuvent être proposées, aussi bien au niveau de la caractérisation
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expérimentale des renforts que dans l’élaboration du modèle numérique de simulation de l’imprégnation du renfort tissé.
Tout d’abord, il faut nous assurer de la bonne mesure des profils de pression et de hauteur en fonction du temps lors des essais d’infusion, notamment pour les deux derniers capteurs les plus éloignés de l’extrémité de la préforme où le fluide est injecté. En effet, la précision des capteurs de déplacement utilisés n’est pas assez fine et ne nous permet pas d’être certains de nos mesures pour les faibles déplacements relevés. Il pourrait également être judicieux de réaliser une campagne d’essais d’infusion plus importante, dans les mêmes conditions expérimentales que celles des essais déjà menés, dans le but d’identifier de manière plus complète la variabilité des mesures en chaque capteur provoquée par l’hétérogénéité entre les différents échantillons du renfort tissé. A l’heure actuelle, le nombre d’essais menés pour chaque cas d’infusion ne permet pas d’estimer précisément cette variabilité de la mesure expérimentale propre à ce renfort.
Lors de la caractérisation ex situ, nous nous sommes surtout concentrés sur la phase correspondant au remplissage du moule lors des essais d’infusion, à savoir la phase de décompression du renfort. Cependant, la phase de compression (phase de pré-remplissage lors des essais d’infusion) mérite aussi d’être étudiée davantage, car elle peut avoir des conséquences non négligeables sur la phase de décompression du renfort tissé au caractère viscoélastique. Dans cette optique, quelques améliorations pourraient être envisagées pour notre campagne de caractérisation ex situ du comportement du renfort imprégné en décompression. Tout d’abord, lors de la phase de compression de tous les échantillons testés,
nous avons retenu la vitesse arbitraire de 1 mm.min-1 (relativement rapide, mais en dessous
des vitesses moyennes que subit le renfort en pratique lors de sa compression par l’application du vide dans le moule). Il serait intéressant de tester d’autres vitesses de déformation plus élevées pour cette phase de compression et d’observer si le comportement du renfort lors de la phase de décompression ultérieure est modifié.
Une limite de notre montage expérimental de caractérisation ex situ des préformes imprégnées réside aussi dans le fait que les préformes sont imprégnées avant la compression, ce qui ne permet pas d’évaluer le comportement en décompression à partir d’un même référentiel que lors des essais d’infusion in situ (pour lesquels le renfort est sec). De plus, lors de la compression des échantillons imprégnés, il est difficile de contrôler la quantité d’huile restante dans les échantillons en fin de compression. Si la majorité du fluide a été évacuée en dehors du renfort avant la phase de décompression, cela peut venir en partie limiter l’effet de la viscosité du fluide sur le comportement viscoélastique du renfort tissé. Dans l’idéal, il aurait fallu utiliser un montage de caractérisation expérimentale identique à celui de Yenilmez et al. [35], mais qui est beaucoup plus complexe à mettre en place (la caractérisation ex situ du renfort imprégné en décompression est réalisée à la suite de la compression du renfort sec, grâce au même montage expérimental).
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Ensuite, il semble important de tester le comportement du renfort tissé imprégné avec des huiles supplémentaires, à la viscosité autre que celles étudiées jusqu’à présent, en vue de préciser l’effet de la viscosité retranscrit par la partie viscoélastique dans la loi de comportement mécanique. En effet, l’un des coefficients de la loi développée a été défini comme une fonction affine de la viscosité (le choix a été limité à ce type d’interpolation, car nous n’avions que deux points de référence pour calibrer cette relation, associés aux deux huiles étudiées).
Du point de vue de la modélisation numérique de l’infusion du renfort tissé, nous avons déjà mis en avant quelques pistes d’améliorations à considérer, qui concernent principalement la résolution de manière couplée et itérative du problème à chaque pas de temps, à savoir l’obtention simultanée de la pression du fluide, du taux de déformation et de la hauteur de la préforme. Actuellement, ces grandeurs sont calculées de manière découplée et séquentielle, ce qui peut être à l’origine d’un cumul d’erreur important, qui se répercute sur la prédiction de la hauteur en fin de boucle de calcul. Dans le cas où la mise en place d’une telle résolution couplée s’avérerait trop complexe, une alternative visant à minimiser ce cumul d’erreur serait de conserver un calcul découplé de toutes ces grandeurs, mais en ayant recours à l’extrapolation du taux de déformation au pas actuel pour le calcul de pression, plutôt qu’utiliser sa valeur au pas précédent.
Enfin, il serait bon de valider le fonctionnement de ce nouveau modèle pour d’autres types de renforts, à l’architecture différente de celles précédemment étudiées (par exemple, un renfort UD ou un tissé d’armure toile), afin de confirmer la généralité de la loi de comportement mécanique et son applicabilité pour tous types de renforts élastiques non-linéaires ou viscoélastiques.
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