Essais & Simulations n°117

Dossier
Essais et Modelisation
Cas d’application
Prédiction et correction des distorsions
géométriques issues de la fabrication
de pièces composites hautes performances
pour l’industrie automobile
Introduction
La prise de conscience de l’impact
environnemental, les régulations,
la faible consommation d’essence
comme argument de vente et le besoin
d’une autonomie croissante
des véhicules électriques dirigent
les constructeurs automobiles vers
des matériaux permettant un allégement
des véhicules. Dans ce cadre,
l’utilisation accrue des matériaux
composites pour des composants
structuraux à hautes contraintes mécaniques
en remplacement de pièces
métalliques représente aujourd’hui
un réel challenge.
Le premier critère à atteindre lors
de la transition d’un matériau métallique
vers un matériau composite
pour des composants structuraux est
la non-régression du comportement
mécanique sous chargement statique
ou dynamique.
Or, le comportement mécanique
d’une pièce composite va certes dépendre
de sa conception (choix des
matériaux, séquence d’empilement,
taille des plis, etc.) mais également de
Mots clefs
Chaine de simulation de fabrication
des matériaux composites,
distorsions géométriques,
conception Produit/
Procédé
Résumé
La validité d’approches numériques pour l’optimisation de manière fiable
et rapide de procédés de fabrication tel l’estampage de tissus secs ou
encore pour la conception d’une stratégie d’injection ou d’infusion de résine
dans une préforme est aujourd’hui largement démontrée. Les outils
d’analyse numérique permettent également la prédiction en amont de la
phase de développement de défauts tels des plissements ou de la délamination
survenant lors du thermoformage de pré-imprégnés à matrice
thermoplastique ou thermodurcissable.
L’un des principaux défis des concepteurs et fabricants de pièces composites
est aujourd’hui de garantir la conformité du produit final aux tolérances
géométriques imposées par le cahier des charges et minimisant la
génération de contraintes lors de l’assemblage.
Ce papier explique les différentes approches numériques pour la prédiction
de contraintes résiduelles et des distorsions résultant du procédé de
fabrication pour des pièces composites à fibres continues et matrice thermodurcissable.
Ce papier vise également à démontrer l’importance de
l’intégration de ces prédictions de distorsions dans une chaine numérique
de fabrication complète.
son procédé de fabrication. La pièce
fabriquée, contrairement à la pièce
telle que conçue, contiendra quoiqu’il
en soit des imperfections telles que
des micros porosités, du cisaillement
dans les fibres, des contraintes résiduelles,
des variations d’épaisseur,
etc. Il se trouve que ces légers défauts
locaux peuvent fortement impacter
le comportement en service
du produit fini. L’importance de cette
interdépendance entre la conception
produit et la conception du procédé
de fabrication a déjà clairement été
identifiée par l’industrie automobile
avec l’utilisation croissante de métaux
avancés (HLE, Aluminium) l’introduction
des matériaux composites
pour des applications hautes performances
consolide ce besoin pour
une approche de conception produit/
procédé.
Ce papier se concentre sur un défaut
spécifique qui est la distorsion
géométrique observée en fin de fabrication.
Le non-respect des tolérances
géométriques résulte en des
contraintes supplémentaires générées
lors de la phase d’assemblage,
qui impacteront par la suite les performances
du produit fini. Il est par
conséquent critique de minimiser ces
distorsions. Une approche numérique
permettant la prévention de ces
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 49