Essais & Simulations n°123

dossier
spécial composites
Une fois la validation effectuée, le concepteur peut ensuite
passer au niveau suivant et simuler des composants entiers
avant de passer au produit complet.
Influence du procédé de fabrication sur le
comportement et les performances structurales
Le procédé de fabrication de la structure composite peut
entraîner l’apparition de contraintes résiduelles dans le
composant fabriqué, de la même manière que l’emboutissage
ou l’échauffement important d’une pièce mécanique.
Ces contraintes résiduelles, dues à la modification pendant
le procédé des caractéristiques matérielles des composites
entraînent des déformations de la pièce : on parle d’effet
« spring back ». La première conséquence en est que la pièce,
une fois démoulée, ne présentera pas exactement la géométrie
visée (cf. fi ure ci-dessous). Une conséquence secondaire
peut être que les performances du composant sont affectées.
On peut par exemple citer l’influence des contraintes résiduelles
sur le comportement en fatigue.
Force (newtons)
Test 1 Test 2 LMS Samcef
Conclusions
Grâce à la technologie Siemens PLM Software, l’industrie automobile
peut disposer dès aujourd’hui d’une suite logicielle
cohérente et complète permettant une conception optimale de
véhicules utilisant les matériaux composites, tant pour les structures
portantes que les composants secondaires. Le but visé est la
conception correcte d’une pièce composite « du premier coup ».
Il est à noter que Fibersim, tout comme NX CAE, peut utiliser
des modèles CAO fournis par la plupart des éditeurs concurrents,
faisant du système Siemens PLM Software une technologie
ouverte et adaptable à la confi uration des utilisateurs. Sur
base de ces technologies, et en réutilisant la méthode de « tolérance
aux dommages » initialement développée par l’industrie
aéronautique, il est d’ores et déjà possible d’envisager des véhicules
répondant aux normes antipollution les plus pointues
ainsi que les propulsions d’aujourd’hui et de demain.
Enfin, cette méthodologie liée aux matériaux composites s’inscrit
elle-même dans une stratégie beaucoup plus ambitieuse :
le « System Driven Product Development » qui apporte une
réponse à la complexité croissante des véhicules automobiles
constitués d’un nombre croissant de systèmes et sous-systèmes
de plus en plus interconnectés ainsi qu’à un nombre croissant
de variantes d’un modèle donné afin de satisfaire les demandes
d’une clientèle toujours plus exigeante. ●
Patrick Morelle,
Senior Marketing Manager de LMS (Siemens)
Displacement (millimeters)
Test d’un composant en « L » avec délaminage et comparaison avec
SAMCEF dans NX CAE
La bonne nouvelle est qu’il devient possible avec NX CAE
– Samcef d’envisager la simulation de procédés de fabrication
de pièces composites, incluant des phénomènes
comme la cristallisation et le durcissement (« curing »)
au travers de simulations couplées mécaniques et thermiques.
Des exemples sont donnés dans les articles cités
en Réf. [3] et [4].
À terme, ce type de simulation permettra d’optimiser non
seulement les performances et le poids d’un composant
utilisant les matériaux composites, mais aussi dans le même
temps, le procédé de fabrication (température, pressions
optimales, temps de durcissement…) assurant la meilleure
qualité ainsi que les performances finales du composant.
Une autre application consistera à juger de la « robustesse »
d’un procédé donné en simulant l’influence de petites variations
de paramètres sur le résultat final.
Références
[1] Ladeveze, P. and Le Dantec, S. 1992. Damage modeling
of the elementary ply for laminated composites, Composites
Science and Technology 43 : 123-134.
[2] Allix O. and Ladevèze P. « Interlaminar interface modeling
for the prediction of laminate delamination », Composite
Structures, 22, 235-242, 1992.
[3] Brauner, C., Bauer, S., Herrmann, A.S. (2015). « Analyzing
process-induced deformation and stresses using a simulated
manufacturing process for composite multi-spar flaps »,
Journal of Composite Materials, 49, p. 387‐402.
[4] Dr. C. Brauner, Dr. A. Miene, Dr. R. Gaitzsch, Prof. Dr. A.S.
Hermann (FASER Institute – FIBRE, Bremen University) ;
Dr. F. Pascon, Prof. Dr. M. Bruyneel (SAMTECH, A Siemens
Company), Advances in virtual process chain and connection
with on-line monitoring methods for first time right
manufacturing of thermoset laminated composites. NAFEMS
World Congress, June 2015, San Diego
28 IESSAIS & SIMULATIONS • N° 123 • Décembre 2015