La modélisation des données garantit la viabilité des composants aéronautiques
De nombreuses industries utilisent les thermoplastiques en raison de leur solidité, de leur durabilité et de leur résistance à la fatigue. Leur recyclabilité assure également un bon rapport coût-efficacité et une plus grande durabilité. «Contrairement aux thermodurcissables classiques, les thermoplastiques peuvent être fondus et remoulés plusieurs fois», explique le coordinateur du projet TREAL, Albert Turon, du groupe de recherche AMADE(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) attaché à l’université de Gérone(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) en Espagne. Ils peuvent être fondus et refondus presque indéfiniment, ce qui permet d’éliminer le plastique des flux de déchets industriels.
Composites thermoplastiques pour l’aérospatiale
Le projet TREAL a été lancé pour aider le secteur aérospatial à mieux exploiter le potentiel de ces matériaux. Pour ce faire, le projet a développé de nouveaux modèles d’analyse pour prédire le comportement des composites avec les thermoplastiques, et a créé une plateforme de méthodologies d’essais numériques à l’intention des fabricants et des concepteurs. «Notre objectif était de créer une plateforme de modélisation virtuelle fiable, capable de prévoir efficacement tous les dommages et modes de défaillance de ces nouveaux matériaux thermoplastiques», explique Albert Turon. «Les considérations de performance et les difficultés à mettre en place des processus de fabrication efficaces ont constitué les principaux obstacles à l’adoption généralisée des thermoplastiques.»
Analyse numérique des matériaux basée sur la fiabilité
Le projet a commencé par la fabrication de panneaux thermoplastiques de haute qualité pour les aéronefs et par l’élaboration d’un protocole d’essai expérimental de ces panneaux, c’est-à-dire l’identification des limites admissibles de contrainte, de déformation ou de rigidité pour certaines configurations et conditions de l’aéronef. Il a parallèlement développé un nouveau modèle numérique d’endommagement des matériaux thermoplastiques, conçu pour prévoir avec précision les mécanismes d’endommagement et de rupture de ces nouveaux matériaux. L’objectif final du projet était de démontrer qu’une telle analyse numérique basée sur la fiabilité pourrait à terme remplacer, ou au moins réduire, la nécessité d’essais structurels physiques coûteux et fastidieux. De très nombreux essais expérimentaux ont été réalisés sur de nouveaux composites thermoplastiques afin de comprendre leur comportement et les limites admissibles. Les modèles numériques ont ensuite été validés, afin de déterminer avec quelle précision ils pouvaient prévoir le comportement mécanique de ces matériaux.
Quantification et gestion de l’incertitude dans la conception aérospatiale
TREAL a élaboré une méthodologie efficace permettant de déterminer les «valeurs admissibles de conception»(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) sur la base d’approches simulées. «Dans le cadre du projet TREAL, nous avons pu déployer ce que l’on appelle la quantification et gestion de l’incertitude(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) (UQM pour «uncertainty quantification and management») tout au long de la chaîne de développement», ajoute Aravind Sasikumar, de l’université de Gérone, qui était le responsable de l’UQM dans le cadre du projet. «Cela va de la quantification des incertitudes concernant les propriétés des matériaux au développement d’outils et de procédures d’analyse précis permettant de les propager efficacement et d’obtenir des valeurs admissibles de conception fiables. Il s’agit d’une information essentielle pour les ingénieurs chargés de la conception des matériaux et les constructeurs aéronautiques, qui doivent concevoir les avions de la prochaine génération avec le niveau de sécurité requis.» Dans un souci d’accessibilité, les différentes méthodes d’analyse développées par l’équipe ont été regroupées sur une plateforme logicielle dans Digimat(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). Digimat est une plateforme de modélisation des matériaux à plusieurs échelles, qui aide les ingénieurs à concevoir et à optimiser les matériaux composites de manière rapide et rentable. L’étape suivante consiste à intégrer pleinement ces outils d’analyse numérique dans les processus d’UQM tout au long des différentes phases de développement des nouveaux composants d’aéronefs. «Notre approche permettra de réduire le délai de développement des produits, de diminuer l’ampleur des campagnes expérimentales et d’accroître la confiance dans les limites de contrainte, de déformation ou de rigidité identifiées», explique Aravind Sasikumar. «Nous espérons que cette modélisation virtuelle des données sera finalement intégrée dans la conception des aéronefs de nouvelle génération.»