Simulation numérique du procédé par infusion de résine d’une nouvelle génération de renforts structuraux pour l’aéronautique

Numerical simulation of resin infusion based processes on a new generation of structural reinforcements for aeronautics

¹ Laboratoire LGF UMR 5307, École des Mines de Saint-Étienne, 158 Cours Fauriel, CS 62362, 42023 Saint Étienne Cedex 2, France
² Hexcel Reinforcements, Route des Nappes, CS 20027, 38630 Les Avenières, France

^a Auteur de correspondance : nicolas.moulin@emse.fr

Reçu : 1 Avril 2016
Accepté : 23 Août 2016

Résumé

Cet article présente une approche numérique pour la simulation de l’élaboration par des procédés par infusion de résine de pièces composites hautes performances de grandes dimensions. Ce modèle s’appuie sur une approche monolithique pour la résolution d’un couplage Stokes-Darcy, modélisant l’écoulement dans un milieu non poreux (Stokes) et dans des préformes fibreuses assimilées à des milieux poreux orthotropes (Darcy). Les grandes déformations subies par les préformes fibreuses pendant le procédé sont prises en compte au moyen d’une formulation lagrangienne réactualisée. L’interaction fluide-structure est modélisée au travers de relations contrainte-déformation identifiées expérimentalement permettant de rendre compte de l’influence de la déformation de la préforme sur la perméabilité du milieu poreux et donc sur l’écoulement fluide. La rétroaction de la résine sur les préformes est décrite par la loi de Terzaghi introduisant, au cours du procédé, un phénomène de gonflement des préformes via la pression de la résine.

Abstract

This paper describes a numerical approach for the simulation of large high-performance composite parts made by resin infusion based processes. Based on a Stokes-Darcy coupling solved by a monolithic approach, this model represents the fluid flows through a non porous domain (Stokes) and fibrous preforms seen as orthotropic porous media (Darcy). An updated lagrangian formulation is used to describe the finite deformations of the preform during the process. The fluid-structure interaction is modelled through an experimentally based stress-strain relationship representing the influence of preform deformation on the porous medium permeability and so the fluid flow. The resin influence on the preform deformation is modelled by the Terzaghi’s law leading to a preform swelling based on the resin pressure during the infusion process.