Thermo-Chemo-Mechanical Modeling of Thermosetting Composites : Study of Cure-Induced Deformations
Modélisation Thermo-Chimio-Mécanique des Composites Thermodurcissables : Étude des Déformations Induites par la Cuisson
Résumé
During the curing process of unidirectional thermosetting composite laminates, various coupled thermo-chemo-mechanical phenomena induce residual deformations that significantly influence the final dimensions and mechanical properties of the parts. The aim of this study is to provide a detailed experimental characterization and propose a modeling framework to predict these deformations throughout the cure. The PvT-HADDOC device is utilized to measure anisotropic deformations, including through-thickness and in-plane strains, under industrially representative conditions. A specific curing cycle is designed to decouple the contributions of compaction, thermal expansion, chemical shrinkage, and thermal contraction. The behavior laws associated with the variations in material properties during the curing process are established and validated. This study provides new insights into the orthotropic nature of the laminates and their deviation from transverse isotropy, challenging commonly held assumptions. The findings offer a robust foundation for improving process simulations and optimizing composite manufacturing to ensure dimensional accuracy and enhanced material performance.
Cette étude examine les déformations thermiques et chimiques de stratifiés composites thermodurcissables unidirectionnels durant leur cycle de cuisson à l’aide du dispositif innovant PvT-HADDOC. Cet appareil permet la mesure simultanée des déformations anisotropes dans deux directions—à travers l’épaisseur et dans le plan—sous des conditions représentatives des procédés industriels. Un nouveau cycle de cuisson est proposé afin de découpler les phénomènes de compaction, de dilatation thermique, de retrait chimique et de contraction thermique. Les résultats mettent en évidence le comportement orthotrope des stratifiés, avec des différences de coefficients de dilatation thermique (CTE) et de retrait chimique (CCS) entre les directions transversales. Ces observations remettent en question l’hypothèse commune d’isotropie transverse dans les stratifiés unidirectionnels. L’étude souligne l’importance de modéliser et caractériser avec précision les interactions complexes lors de la cuisson des composites pour optimiser les procédés et améliorer les performances des matériaux.
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