Essais & Simulations n° 132

DOSSIER
Technique de maillage interpénétrant
çant et donc une optimisation globale de la fabrication de pièces
en C-RTM. Cette optimisation est de deux ordres : optimisation sur
la qualité du produit final (orientation des fibres, niveau de porosité…
impactant la réponse mécanique de la pièce) et optimisation
des temps de cycle (par un meilleur positionnement des ports d’injection
et des évents, par le cycle de pression et de température…).
APPROCHE NUMÉRIQUE POUR LA SIMULATION DU
PROCÉDÉ C-RTM
La modélisation de la chaine complète de fabrication RTM
(préformage, Injection et Cuisson) disponible dans le logiciel
de simulation PAM-Composites d’ESI Group a été enrichie
en collaboration avec des partenaires industriels automobile
[1] pour répondre au besoin croissant d’analyses précises du
procédé C-RTM. Cet enrichissement innovant concerne principalement
les étapes deux (injection) et trois (compression) du
procédé pour lesquelles uniquement des approches 2D (modélisation
coques) existaient jusqu’à présent pour traiter le C-RTM.
Cette approche coque existante prend uniquement en compte
la variation d’épaisseur (et donc de la perméabilité et du taux
de fibres de la préforme) en recalculant cette épaisseur à partir
des pressions internes et externes. Ainsi, l’espace vide initial
entre l’outil et la préforme est négligé et par conséquent le mode
principal d’écoulement de la résine, soit à travers l’épaisseur,
est mal représenté. Cette approche n’est donc pas suffisante à
l’analyse du procédé lorsqu’il s’agit de validation et optimisation
industrielle.
Une approche 3D (éléments solides) a donc été industrialisée
pour répondre à ce besoin (Figure 2). Cette industrialisation
repose sur les technologies suivantes :
• Une méthodologie de maillage interpénétrant : celle-ci
permet de représenter le vide (situé entre le moule et la
préforme dans lequel la résine va s’écouler en premier
lieu) qui va « disparaitre » au fur et à mesure du déplacement
de l’outil (Figure3)
• Un couplage automatique entre un solveur fluide et un
solveur mécanique permettant ainsi de prendre simultanément
en compte la déformation mécanique de la
préforme (déformation exercée par la pression de la résine
et le déplacement de l’outil) et l’écoulement de la résine.
Les corrélations obtenues entre les essais expérimentaux et la
simulation utilisant cette nouvelle approche 3D sont très bonnes
et améliorent grandement la précision sur le profil d’écoulement
et les temps de remplissage par rapport à l’approche 2D [1].
La précision des résultats obtenus avec l’approche 3D requière
également de nouvelles données d’entrée. En effet, cette nouvelle
approche repose sur des données mécaniques de la préforme
(courbe de contrainte-déformation) et sur des valeurs de
perméabilités fonction du taux de fibres.
Le procédé C-RTM présente de nombreuses qualités pour la
production grande série de pièces structurelles composites.
Toutefois, le procédé reste encore peu utilisé car sa maitrise est
compliquée. La simulation permet à moindre coût de dépasser
ces complications. Cependant, les approches numériques
existantes basées sur de la modélisation coque ne permettait
pas une bonne représentation de la physique impliquée lors du
procédé. L’approche 3D innovante développée par ESI Group en
partenariat avec différents industriels et validée sur des pièces
industrielles vise à libérer le développement de ce procédé très
prometteur jusqu’à présent freiné par le manque de simulations
fiables. •
Abstract
Because of their unbeatable weight performances, composite
& plastic materials are nowadays widely used in the automotive
industry but, their usage is mostly limited to non-structural
components. Indeed, the replacement of metallic structural parts
by composite parts is still restricted to high-end vehicle. This
restriction comes from two main challenges that the industry is
trying to overcome: the cost and the production rate.
Knowing that the cost of a composite component comes essentially
from the material itself, the flexibility of the material must be highly
considered while designing the product. It should not be a one by
one replacement of metallic part and additional functionalities
should be integrated to justify the price. Then, the manufacturing
process must be adapted to these more complex designs and
RTM (Resin Transfer Molding) process is a good candidate for
it. However, RTM process does not allow high production rate.
Thus, most OEMs are now looking at derived processes such
Compression RTM. With this process, the resin first flows in the
empty cavity of the mold (because of an opening of the mold)
before to impregnate the preform (while closing the mold).
To support Automotive industry in its migration to these new
processes adapted to mass production, ESI Group has enhanced its
PAM-Composites solution by integrating a fluid-mechanics coupled
solution in its PAM-RTM module. Industrial projects supported by
simulation will be presented during this talk.
34 IESSAIS & SIMULATIONS • N°132 • Février 2018