Analyses avancées des microstructures utilisant des composites

Polyvalence, résistance élevée, poids excellent et propriétés liées à l'application ne sont que quelques-unes des caractéristiques offertes par les composites dans les produits techniques. Afin de développer de manière optimale les composants composites, il faut disposer d'une compréhension approfondie du comportement du matériau. La microstructure joue ici un rôle décisif, car le comportement du matériau peut changer fondamentalement. Il faut donc avoir une compréhension de base du comportement entre, par exemple, un tissu ou un profil unidirectionnel, qui peut être étendue au moyen de la modélisation micromécanique des matériaux.

Pour parvenir à une conception correcte des structures composites, une compréhension plus approfondie du comportement du matériau est essentielle. Les composites ne se distinguent pas uniquement par leur procédé de fabrication et la microstructure associée, mais dépendent également du matériau de remplissage ou de la fibre utilisée. Dans le processus classique de moulage par injection, on utilise de plus en plus de fibres de verre courtes, qui provoquent un comportement anisotrope du matériau en raison de leur orientation. Les composites, quant à eux, peuvent avoir différentes formes, structures, structures de couches et charges.

En général, les fibres de verre courtes ou longues ne sont pas utilisées dans le domaine des profils unidirectionnels ainsi que des tissus, car la rigidité et la résistance requises ne peuvent être atteintes. Les fibres continues sont classiquement utilisées pour ces applications. Cela permet de fabriquer des produits semi-finis, appelés prépregs, présentant des rigidités et des résistances très élevées. Prepreg est l'abréviation de "fibres pré-imprégnées". Il s'agit d'un produit semi-fini composé de fibres continues et d'une matrice plastique thermodurcie non polymérisée. Dans une étape ultérieure du processus, celles-ci sont utilisées comme renfort pour produire des composants présentant des profils d'exigences élevés. D'autre part, les systèmes correspondants renforcés par des fibres continues sont produits au moyen de procédés d'enroulement. Les applications comprennent les systèmes de réservoirs, par exemple.

L'ingénierie des matériaux peut être utilisée pour acquérir une compréhension plus approfondie des nouveaux systèmes de matériaux. D'une part, les paramètres matériels de la matrice et du matériau de renforcement doivent être transférés dans un modèle de matériau et calibrés par rétro-ingénierie, si nécessaire ; d'autre part, ces modèles de matériau permettent des analyses plus approfondies du comportement du matériau, en tenant compte de la microstructure. Grâce à la valeur ajoutée des informations sur le comportement du matériau, la structure des couches des profils UD ainsi que les étapes de tissage d'un tissu ou d'un ruban peuvent être optimisées pour l'application. Ces connaissances peuvent être acquises grâce à l'analyse par éléments finis dans Digimat, ainsi qu'à la mise en œuvre de la microstructure par modélisation, et aux données expérimentales (CT-scan). Des optimisations globales des systèmes de matériaux adaptées à l'application peuvent être mises en œuvre rapidement et facilement.

En plus de l'optimisation des systèmes de matériaux par rapport à la microstructure, il est possible d'analyser ces systèmes en les couplant à l'analyse structurelle générale au niveau des composants. Grâce à un couplage avec la carte des matériaux complexes, une validation du produit a lieu. Les points faibles, les zones critiques, la vérification de la performance des matériaux ainsi que le comportement en cas de défaillance sont mis en évidence. Cette chaîne de simulation permet, d'une part, de concevoir des composants de manière holistique et, d'autre part, d'optimiser les composants. De même, les optimisations peuvent être envisagées différemment, puisqu'elles peuvent viser les performances d'une part et les économies de poids d'autre part. Bien entendu, de nombreux autres points sont souvent en ligne de mire, comme le comportement en cas de défaillance, la durée de vie, les NVH, l'influence de la température ou l'influence des taux de déformation élevés (crash). Tous ces points peuvent être éclairés de manière plus approfondie par l'ingénierie des matériaux et finalement validés numériquement

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