Modélisation FEM multi-échelle du transfert thermique lors du processus AFP in-situ sur des composites thermoplastiques
La modélisation du transfert thermique durant l’AFP in-situ sur des composites thermoplastiques est complexe en raison de la source de chaleur hautement concentrée, issue de l’absorption laser, qui se déplace à grande vitesse le long des surfaces de contact entre le substrat et la bande entrante. La combinaison d’une vitesse de dépôt élevée et de la faible diffusivité thermique du matériau rend le problème fortement advectif (Pe >> 1), ce qui peut entraîner des instabilités numériques. De plus, la source radiative laser, concentrée sur une zone de l’ordre de quelques dizaines de micromètres selon la distribution des fibres, introduit un problème multi-échelle. Tandis que les techniques eulériennes peuvent traiter des trajectoires simples, des chemins plus complexes nécessitent la flexibilité d’une méthode ALE (Arbitrary Lagrangian-Eulerian). Ce travail propose une méthodologie overset-FEM avec une formulation ALE, combinant un maillage mobile local composé d’éléments de l’ordre du micromètre, pour capturer précisément la source radiative, et un maillage fixe plus grossier, pour définir la géométrie globale. Le modèle intègre les propriétés thermodépendantes du matériau composite et prend en compte l’anisotropie de la conductivité thermique, liée aux conductivités longitudinales et transversales distinctes des fibres. Il considère également la répartition et la fraction volumique des fibres pour modéliser précisément la source de chaleur et homogénéiser le matériau. Les résultats montrent que la méthodologie proposée permet de prédire avec précision les profils de température transitoire dans les composites pendant le processus AFP, offrant ainsi des prédictions fiables sur des phénomènes clés tels que l’adhésion, la cristallinité et les contraintes résiduelles. Elle s’adapte aux pièces complexes et de grandes épaisseurs, démontrant sa robustesse pour divers scénarios de fabrication.
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