Etude du comportement thermique de bandes composites pré-imprégnées au cours du procédé de fabrication AFP avec chauffage laser

Autor: Le Louët, Violaine
Přispěvatelé: Laboratoire de Thermique et d’Energie de Nantes (LTeN), Ecole Polytechnique de l'Université de Nantes (EPUN), Université de Nantes (UN)-Université de Nantes (UN)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Nantes, Steven Le Corre
Jazyk: francouzština
Rok vydání: 2018
Předmět:
Zdroj: Thermique [physics.class-ph]. Université de Nantes, 2018. Français
Popis: When manufacturing a composite part by Automated Fiber Placement, a fine understanding of the laminate thermal history throughout the process is required in order to predict its final performances. Yet, direct temperature measurements on the placement head is uneasy, and the evolution of thermal fields is often obtained via numerical simulations. Due to the thinness of the ply, its anisotropy, and the lay-up motion, the various boundary conditions have to be carefully set-up when modelling heat transfer in AFP. This works aims at analyzing heat transfer occurring at a single ply scale during AFP process. On one hand, the radiative properties of the composite material are characterized with infrared spectroscopy, in the process spectral and temperature range. A special care is given to the surface reflective behavior, and its evolution with fibers orientation and beam incident angle. On the other hand, an experimental device is developed for measuring heat transfers occurring in the ply when heated by an infrared laser diode. A specific metrology had to be implemented for measuring surface temperature and transmitted flux on short time ranges (25 ms). It was shown that the ply microstructure must be taken into account to model the flux absorption on its top surface, and the flux transmission at its interface with the stainless steel mold. Both zones thickness characterize the fiber dispersion inside the polymer matrix.; La maitrise de l’histoire thermique lors de la dépose automatisée de bandes composites à matrice thermoplastique est incontournable pour prédire la qualité des pièces produites. La mesure directe de température étant difficile dans la configuration du procédé, elle est généralement estimée par des méthodes numériques. Du fait de la faible épaisseur des plis, de leur anisotropie, mais aussi de l’utilisation croissante de diodes laser infrarouge comme source de chauffage, la définition réaliste des conditions à la limite aux différentes interfaces reste un enjeu important de la modélisation thermique. L’objectif de ce travail est de mener une étude du comportement thermique d’un pli dans les conditions de procédé. D’une part, les propriétés radiatives du matériau, nécessaires à l’établissement du bilan de l’interaction avec le laser, sont caractérisées par spectroscopie infrarouge dans la gamme de longueurs d’onde et de température du procédé. En particulier, son comportement en réflexion est analysé en fonction de la direction des fibres et de l’angle d’incidence. D’autre part, un dispositif expérimental est développé pour caractériser les transferts thermiques lors du chauffage d’un pli par une diode laser. Une métrologie spécifique est déployée pour permettre la mesure de la température de surface et du flux transmis sur des temps courts (25 ms). On montre qu’il est nécessaire de considérer la microstructure des plis afin de rendre compte des mécanismes d’absorption du flux laser en surface et de transmission du flux thermique à l’interface avec un outil métallique. L’étalement et la position de la zone impactée dépendent alors de la dispersion des fibres.
Databáze: OpenAIRE
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