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Numerical simulation of forming of thermoplastic composites PPS / Carbon fiber

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Nguyen, Hong Den (2015). Numerical simulation of forming of thermoplastic composites PPS / Carbon fiber. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

This research aims to model the stamp-forming process of polyphenylene sulfide/carbon fiber (PPS/CF) thermoplastic composite to predict the shape distortions during the forming process, such as wrinkles, fiber orientations and thickness distribution. Forming simulations and experiments of multi-layer laminates of PPS/CF composites were successfully performed for several geometries from simple to complex shapes. The primary deformation mechanisms of PPS/CF material were examined in this study. Numerical models that could take into account these mechanisms were determined. A good combination of primary numerical models used for stamp-forming prediction was investigated. Intra-ply shear, bending behaviours and the contact logic between the individual plies and between tool-ply were considered in this work. The effects of friction between tool/ply and between ply/ply on the quality of stamp forming were investigated. The differences between experimental and numerical results in terms of thickness, shear-angle and wrinkle distributions were minimized using a multi-objective optimization technique to identify the material parameters used for forming simulations. A good agreement was found between the experimental results and the predicted results. The obtained data including the optimized material parameters and the best numerical model combination were applied for the stamp-forming of several other geometries and different laminate stacking sequences. In this research project, forming simulations were successfully used as an efficient and low cost tool for mold design for the stamp-forming of thermoplastic composite PPS/CF materials.

Titre traduit

Simulation numérique du formage des composites thermoplastiques PPS/fibre carbone

Résumé traduit

Cette recherche a pour but la modélisation du procédé de formage par estampage des composites thermoplastiques pour prédire les distorsions de forme lors du formage tel que les rides, l’orientation des fibres et la distribution des épaisseurs. Le formage de stratifié multicouche de composites de polysulfure de phénylène et fibre de carbone (PPS/CF) a été réalisé avec succès pour plusieurs géométries de simples formes à des complexes. Les mécanismes de déformation primaires du matériau PPS/CF ont été étudiés dans cette recherche. Les modèles numériques qui pourraient prendre en compte ces mécanismes de déformation ont été déterminés. Une bonne combinaison des modèles numériques primaires pour la prédiction de formation a été étudiée dans cette étude. Le cisaillement intra-pli, la flexion et la logique de contact entre les plis individuels et entre outil-pli ont été bien considérés dans ce travail. Les effets de frottement entre outil/plis et entre les plis sur la qualité du formage ont été particulièrement étudiés. Les différences entre les résultats expérimentaux et les résultats numériques en termes d'épaisseur, d’orientation des fibres et de distribution de rides ont été minimisées en utilisant une technique d'optimisation multiobjectif pour identifier les paramètres du modèle de matériau. Un bon accord a été trouvé entre les résultats expérimentaux et la prédiction numérique. Les données obtenues, y compris les paramètres de matériaux optimisés et la bonne combinaison de modèles numériques ont été appliquées pour simuler le formage de plusieurs autres géométries et de différentes séquences d’empilement de stratifiés. Dans cette recherche, les simulations numériques ont été utilisées avec succès comme un outil efficace et à faible coût pour la conception optimisée des moules pour l’estampage des matériaux composites thermoplastiques PPS/CF.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Mots-clés libres: composites, modélisation, thermoplastiques, optimisation, simulation, formage-estampage
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Pham, Tan
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 28 janv. 2021 15:03
Dernière modification: 28 janv. 2021 15:03
URI: https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1518

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