Stratégies de conception et d’optimisation de pièces composites thermoplastiques estempées
Collaboration ONERA/CETIM Nantes/UTC
Entreprise :
Le CETIM est l’Institut technologique de référence en mécanique pour la France. Il a su passer de l’expertise technologique à une offre d’ingénierie à forte valeur ajoutée et ainsi plus que doubler son CA commercial en 10 ans. Le groupe Cetim représente aujourd’hui une activité économique de 135M€ avec 1000 personnes en France et à l’étranger (Maroc, Malaisie).
Le pôle “ingénierie polymères et composites” du CETIM est basé au Technocampus Composites, centre de recherche multi-acteur contigüe à l’usine d’Airbus à Nantes. Il emploie environ 80 personnes qui travaillent à caractériser les matériaux et à accompagner les industriels dans leurs développements matériaux, conceptions et procédés.
Mission :
Pour se développer dans l’industrie, les matériaux composites doivent diminuer leurs coûts et augmenter leurs cadences. Dans ce contexte, le CETIM développe le procédé QSP, une chaîne de fabrication de pièces composites thermoplastique basée sur l’assemblage de préforme sur mesure, leur formage et leur surmoulage [1]. Pour aider à la diffusion de ce procédé, le CETIM collabore avec l’ONERA pour mettre au point une stratégie de conception spécifique, mais applicable à une grande diversité de problèmes mécaniques[2]. Partant d’un design initial de la pièce (et donc d’une forme initiale prédéfinie), cette stratégie consiste à trouver les distributions optimales de l’épaisseur et des orientations des fibres du matériau composite, puis à identifier les plis d’une préforme sur mesure réalisant au mieux ces distributions optimales. Cette méthodologie a été implémentée sous le nom de QSD dans le logiciel Optistruct d’Altair pour pouvoir être facilement utilisée en bureau d’étude.
A) Une première étape prioritaire consistera à fiabiliser la démarche de recherche des empilements les plus proche de la cible du 1er niveau. Différents enjeux sont identifiés pour cette étape notamment le parcours d’une base de données d’empilements dont la taille est à consolider, l’(in)dépendance des zones vis-à-vis du recouvrement, la détection de combinaison absurde.
B) Dans un second temps, un travail exploratoire consistera à évaluer les capacités d’optimisation topographique et topologique de manière séquentielle ou simultanée en fonction des caractéristiques des différents algorithmes utilisées par Optistruct. Ces travaux permettront de définir les futurs développements à intégrer à QSD pour permettre d’intégrer l’optimisation des formes plastiques et composites en parallèle de celle de l’orientation et de l’épaisseur du composite.
La méthode de conception sera utilisée sur des pièces en cours de développement ou de prototypage au CETIM.
Profil recherché :
BAC+5 de formation mécanique ou calcul numérique.
Le stage se déroulera dans les locaux de l’UTC à Compiègne. Opportunité de continuer sur le sujet à travers une thèse.
Le candidat sera motivé pour travailler au développement de méthode de calcul éléments finis, et capable d’analyser le sens physique des résultats produits. Il sera intégré dans une équipe de spécialiste des méthodes de calcul numérique (Piotr Breitkopf)
Une connaissance du comportement matériaux et/ou des procédés composites est un plus.
Poursuite en thèse possible
https://w3.onera.fr/formationparlarecherche/sites/w3.onera.fr.formationparlarecherche/files/mas-dmas-2018-14_0.pdf
[1] Lennart Wedhorn and Robert Ebeling. Quilted Stratum Process for High-performance CFRP Production. Lightweight Design worldwide, 10(1):50–55, 2017.
[2] F.X.Irisarri, T. Macquart, C.Julien, D.Espinassou. A novel design method for the fast and costeffective manufacture of composite parts employing the Quilted Stratum Process.Composites Part B: Engineering, 158(1):364-372, 2019.