Essais & Simulations n°109

s'agisse de panneaux extérieurs, des parechocs
ou des cadres de radiateurs. Ces
fibres étaient courtes (5 ou 6 mm.) ou
longues (40 à 50 mm.) ; mais depuis sont
apparues les fibres continues, utilisées dans
les véhicules très haut de gamme tels que
l'Aston Martin DBS ou des modèles de niche
comme pour la McLaren-Mercedes SLR. De
même, ces fibres continues sont utilisées
pour des pièces très techniques comme des
chassis de voitures de course.
Quelles contraintes rencontrent les
industriels quant à l'utilisation de ces
matériaux ?
Ce que l'on peut dire, c'est qu'aujourd'hui
les constructeurs sont prêts à utiliser les
composites à plus grande échelle, pour
des volumes de moyenne quantité, soit
800 à 1 000 pièces par jour. Pour cela, ils
ont besoin de procédés de fabrication
parfaitement bien réglés ; c'est à cela que
la simulation va servir. Il convient également
de préciser que le premier frein au
développement de ces matériaux réside
dans la nécessité de changer les habitudes
de conception. Les industriels ont conçu
ces cent dernières années des véhicules
construits à l’aide de métaux (acier, aluminium)
et l’utilisation des matériaux composites
nécessite un changement radical de
méthodologies. Au-delà de cette contrainte
technologique existe, bien entendu, une
contrainte d'ordre économique, même si
depuis plusieurs années, le coût des fibres
de carbone et de verre a diminué. Investir
dans la fabrication à partir de tels matériaux
demeure important.
Par ailleurs, il reste beaucoup de travail à
faire pour réduire le temps de procédé
malgré des efforts en termes de durée des
opérations effectuées à partir de résine
thermoplastique où le temps de cristallisation
est désormais plus court. Enfin, les
principales contraintes du composite résident
dans la prédiction du comportement
des matériaux lors des opérations de simulation
; celle-ci doit être la plus fine et la
plus exacte possible. Ainsi, dans le cadre
de projets collaboratifs de R&D, nous
travaillons sur de nouveaux développements
portant notamment sur l'amélioration
des critères de rupture ; c'est-à-dire
à quel moment une pièce composite va se
détruire lorsqu’elle est soumise à une sollicitation.
Les applications concernent par
exemple les longerons, pièce chargée d'absorber
les chocs en cas de crash.
DR
Vers quel avenir se tournent les
matériaux composites ?
L’aéronautique a une grande expérience
de ces matériaux, ce qui n'est pas le cas
de l'automobile. Le problème, c'est que les
industriels de l’automobile ne peuvent pas
se contenter de débaucher des ingénieurs
chez Airbus et Boeing. Ainsi l'automobile
présente encore quelques difficultés dans
la mesure où ces expériences ne peuvent
pas être directement transposées à ce
secteur du fait de ses grandes différences
avec l'aéronautique : les volumes et les
cadences de production sont bien plus
élevés et les contraintes liées au recyclage
des matériaux sont plus fortes. De ce fait,
les constructeurs recourent aux résines
thermoplastiques. Or l'industrie a moins
d'expérience dans ce domaine. Comme on
connait moins ces résines, les solutions de
modélisation doivent s'adapter. L'objectif
de nos travaux consiste à obtenir un niveau
élevé de prédiction des performances
thermoplastiques et équivalent à celle
exercée sur les thermodurcissables.
Par ailleurs, les constructeurs automobiles
vont de plus en plus utiliser ces matériaux
composites dans les véhicules électriques
et hybrides. Mais ces voitures aux énergies
alternatives vont présenter de nouvelles
problématiques ; désormais, il est possible
de repenser totalement l’architecture d’un
véhicule au moment de sa conception. Par
ailleurs, si on s’affranchit de l’espace occupé
par un ensemble moteur thermique + boîte
de vitesse classique à l’avant du véhicule,
on peut complètement repenser les formes
et les usages d’une partie du véhicule. C’est
une question d’architecture. Les moteurs
électrique peuvent etre localisés dans les
roues – comme les solutions Michelin existantes
– et les batteries pourraient etre
fixées sous les sièges et/ou dans ce qui
constituait le tunnel de transmission – à
l'image de la solution conçue pour la
Chevrolet Volt ●
Propos recueillis par Olivier Guillon
ESI lance deux nouvelles solutions
de simulation des pièces composites
PAM-Form
Développée grâce à de nombreux partenariats industriels dans les secteurs automobile, aérospatial
et défense, PAM-Form est une solution de fabrication virtuelle pour les procédés de formage
non-métalliques. Celle-ci fournit une prédiction réaliste des procédés de formage et préformage
des composites stratifiés, ce qui permet aux ingénieurs de sélectionner les matériaux
les plus adéquats, les modèles d’outillage les plus appropriés et les paramètres les plus précis.
PAM-Form permet aux ingénieurs de prédire les défauts de fabrication – dont les plissements,
les zones de brillance excessive, pontage ou manque d’uniformité du flux de résine à
travers l’épaisseur – et de les corriger en modifiant les paramètres ou l’outillage. PAM- Form
peut être utilisé pour de nombreux procédés de fabrication des matériaux composites : emboutissage,
formage sous vessie, drapage manuel ou encore formage sur coussin élastomère.
PAM-RTM
PAM-RTM est un outil qui permet de simuler des procédés d’infusion ou d’injection de résine
pour la fabrication des composites, avec ou sans inserts. Il fournit des prédictions pour la fabrication
de pièces composites particulièrement épaisses, complexes, ou de grandes dimensions
comme celles utilisées dans les industries éolienne, aéronautique ou automobile. Le système
simule de nombreux procédés de fabrication utilisant le moulage liquide de composites : moulage
par transfert de résine (RTM), moulage par transfert de résine sous vide (VARTM), moulage
par infusion sous vide (VARI), moulage par transfert de résine par compression éventuellement
articulée (CRTM et A-CRTM). Nouveauté dans la version 2012 : un solveur plus puissant
peut désormais gérer l’analyse thermique du préchauffage, le remplissage non-isotherme, et
la cuisson de manière encore plus précise. De plus, grâce à la collaboration d'ESI avec l’université
de Nottingham au Royaume-Uni, une base de données des perméabilités (relative à un
grand nombre de textiles) est maintenant disponible pour les clients de PAM-RTM et sera enrichie
à l’avenir.
E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● JA NVI E R , F ÉVR I E R , M A R S 2 0 1 2 ● PAG E 3 4