Les constructeurs d'avions du monde entier utilisent de plus en plus de matériaux composites au lieu des métaux traditionnels tels que l'acier et l'aluminium. Ce qui rend les composites si attrayants, c'est leur rapport résistance/poids élevé - une comparaison entre leur résistance et leur poids. Les composites ne sont pas seulement l'un des matériaux les plus résistants, mais ils peuvent aussi être solides sans être lourds - exactement ce dont un avion a besoin.

Examinons l'un de ces matériaux composites hautes performances qui convient parfaitement aux géométries complexes et compliquées, telles que les supports, les carénages et les boîtiers : Le composite thermoplastique DLF (random, discontinuous long-fiber) moulé par compression. Ce matériau tire ses propriétés structurelles principalement du renforcement des fibres. La distribution des fibres discontinues peut être contrôlée et prédite pour améliorer les performances structurelles des pièces moulées. Mais il n'est pas facile de prédire les performances par des simulations informatiques, surtout pour les systèmes de matériaux discontinus et aléatoires.

Les modèles capables de prédire le comportement futur des matériaux discontinus et aléatoires sont très demandés. Travis Mease, chef de produit Greene Tweed, composants structurels, déclare : "Du point de vue de la performance et de la réduction des risques, il est crucial de prévoir avec précision l'orientation des fibres. Il s'agit d'un paramètre de conception important qui détermine le dimensionnement de nos composants. Greene Tweed a beaucoup investi dans les capacités de modélisation de l'écoulement, de sorte que nous pouvons appliquer les valeurs du tenseur d'orientation des fibres aux analyses de défaillance FE." Selon lui, cette méthode de validation par analyse pour les pièces composites DLF est un outil de réduction des risques qui permet de réduire le temps et les coûts associés aux conceptions et aux réévaluations des outils. La prédiction et la validation de l'orientation des fibres des composites DLF sont compliquées en raison du comportement complexe de l'orientation des fibres induite par l'écoulement avec une concentration élevée de fibres, et de la réticence à valider de manière destructive l'orientation par sectionnement et polissage pour la microscopie optique.

Greene Tweed (GT) a compris l'importance d'évaluer l'orientation des fibres dans les composites DLF moulés par compression. Les ingénieurs de GT ont utilisé un programme Autodesk Moldflow modifié, adapté pour prévoir l'orientation des fibres dans la simulation du moulage par compression de pièces DLF de formes et de géométries diverses, telles que des supports, des composants structurels, des carénages et des boîtiers. Ils ont ensuite utilisé les résultats de la modélisation de l'orientation des fibres pour l'analyse structurelle par éléments finis afin de prévoir les performances des composants DLF dans différentes conditions de charge. Selon M. Mease, ce processus génère des résultats plus précis et spécifiques à chaque pièce, par rapport aux hypothèses génériques traditionnellement utilisées. Il explique : "Chaque pièce a son propre point d'introduction de matériau et sa propre géométrie, ce qui crée des modèles d'écoulement et d'orientation des fibres tout aussi uniques. Plus la modélisation de l'écoulement est précise, plus nous avons confiance dans nos prévisions de contraintes et de défaillances."

Pour valider les résultats, les ingénieurs de GT ont ensuite comparé les prédictions de notre modèle avec l'analyse par tomographie assistée par ordinateur (CT) de composants réels. Après des tests approfondis, ils ont constaté un accord quantitatif et qualitatif entre les prédictions d'orientation des fibres de GT et les résultats de l'analyse CT expérimentale pour les pièces composites DLF. La modélisation de l'orientation des fibres et du processus de moulage par écoulement a montré de bonnes capacités de prédiction pour la variation locale et la distribution de l'orientation des fibres dans les pièces composites thermoplastiques DLF moulées par compression, indépendamment de la taille, de la variété et de la complexité de la forme. Et ce n'est pas tout. Cette capacité de prédiction signifie que l'initiation des dommages et le mode de défaillance de la pièce peuvent être expliqués visuellement par la prédiction de l'orientation des fibres.

En conséquence, Greene Tweed est désormais en mesure de prédire comment, quand et où un composant tombera en panne, et peut également garantir la réussite des efforts d'optimisation des composites, qui incluent d'importantes économies de poids, des réductions de coûts et des marges de sécurité. En outre, grâce à cette capacité de prédiction, nous avons éliminé la nécessité de procéder à plusieurs itérations, ce qui permet à Greene Tweed de mieux respecter les délais fixés par ses clients. Veuillez contacter un représentant de Greene Tweed pour en savoir plus sur la manière dont une solution thermoplastique discontinue peut résister à la charge mécanique de votre application.

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