Viscoelastic Distortion During Manufacturing and Post-Curing of Thermoset Composites: Characterization and Modeling

L'utilisation des matériaux composites à matrice organique (CMO) thermodurcissable dans l'industrie aérospatiale ne cesse d'augmenter, comme le montre le développement des moteurs LEAP de Safran et General Electrics ou les avions C-series de Bombardier. Ces matériaux possèdent un rapport rigidité/masse plus avantageux ainsi qu'une meilleure résistance à la corrosion et à la fatigue que les alliages métalliques. Ces avantages font des matériaux composites d'excellents candidats pour des applications de haute performance. Cependant, leur utilisation pour des composants structuraux a été restreinte de par leur faible résistance au délaminage (particulièrement les composites stratifiés) et leur instabilité géométrique suite à la fabrication. Depuis les années 1960, des renforts tridimensionnels (3D) ont été développés pour améliorer la résistance à l'impact et au délaminage des composites. Les instabilités géométriques sont essentiellement attribuables aux contraintes résiduelles qui se développent pendant la fabrication. Le retrait chimique de la résine, l'incompatibilité des coefficients de dilatation thermique du renfort et de la matrice et l'interaction entre la pièce et le moule sont connus pour être les principaux mécanismes responsables de la génération des contraintes résiduelles. Ces distortions sont préjudiciables pour les profils aérodynamiques, comme celui des aubes soufflantes. L'industrie aérospatiale déploie donc des efforts considérables pour les éviter. Actuellement, les moules et les paramètres de fabrication sont modifiés suivant une méthode essais-erreurs pour tenir compte de la distortion induite au cours du procédé de fabrication. Il est donc essentiel de développer une méthodologie numérique pour concevoir les moules et déterminer les paramètres de fabrication réduisant les instabilités géométriques. Ce travail vise à comprendre l'origine physique de la distortion résiduelle rencontrée dans des pièces composites pendant le cycle de post-cuisson et à développer un outil numérique pour prédire les contraintes résiduelles et la distortion géométrique induites au cours d'un cycle de fabrication de moulage par transfert de résine (Resin Transfer Molding, RTM). Premièrement, une nouvelle hypothèse basée sur le comportement viscoélastique des composites a été présentée pour expliquer l'évolution de la distortion géométrique de pièces ayant été soumises à un cycle de post-cuisson. Elle suppose que du fluage peut être observé pendant le cycle de post-cuisson réalisé à l'extérieur du moule de fabrication, augmentant ainsi la distorsion géométrique des pièces. Pour valider cette hypothèse, six plaques bilames à renforts 3D interlock ont été fabriquées et soumises à différents cycles de post-cuisson.