Contribution à la modélisation, à la conception et au développement du chauffage par induction des matériaux composites conducteurs - Archive ouverte HAL Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2000

Contribution To The Modeling, Design And Development Of Induction Heating Of Conductive Composite Materials

Contribution à la modélisation, à la conception et au développement du chauffage par induction des matériaux composites conducteurs

Résumé

The composite materials are widely used in manufacturing industries. To fabricate a composite its different constituents are assembled together and heated to a given temperature. If one of the constituents is electrical conducting, one can use induction heating for the fabrication of the composite material. The objective of this work is then to find by simulation and experimentation the points in which the induction heating can replace the actual heating techniques. In simulation, it is very difficult to take into account the real geometry of the composite material. We use then the homogenization techniques to replace it by a simplified geometry. Three methods are applied to calculate the equivalent electromagnetic and thermal properties of the homogenized material : the dynamical method, the asymptotic development method and the inverse problem method. The first one is applied to electromagnetic problems with frequency dependency. The second one to thermal problems and the last one to the composite materials with random structures. To solve the electromagnetic and thermal equations, a nodal and edge finite element package is developed under a Matlab workspace. The models are applied for the design development and experimentation of an industrial installation. The experimental measurements are in conformity with the simulation results.
Les matériaux composites sont utilisés dans de nombreux procédés industriels. La fabrication, le formage et l'assemblage de ces matériaux nécessitent l'échauffement de leurs constituants. C'est pourquoi dans ce travail, les contributions que l'induction peut apporter au chauffage des matériaux composites ont été recherchées en utilisant la simulation numérique et l'expérimentation. La simulation numérique ne pouvant pas prendre en compte le comportement réel des matériaux composites, des modèles numériques équivalents ont été développés. Trois méthodes d’homogénéisation des propriétés physiques des matériaux composites appliquées au cadre du chauffage par induction ont été mises en place : la méthode du problème inverse, la méthode asymptotique et la méthode d'homogénéisation dynamique. Un logiciel de simulation numérique dédié au calcul des propriétés homogénéisées des matériaux composites a été réalisé dans un environnement Matlab . La pertinence de chacune des méthodes d'homogénéisation a été ensuite discutée à la fois pour les phénomènes électromagnétiques et thermiques. Dans le cas électromagnétique, la méthode dynamique a présenté l'avantage de rendre compte de la dépendance fréquentielle des paramètres physiques. Dans le cas thermique, la méthode asymptotique a donné d'excellents résultats. Ces deux méthodes ne sont applicables qu'aux matériaux composites à structure périodique. Dans le cas contraire, la méthode du problème inverse peut s’avérer utile pour un faible nombre de cellules. Une condition d’équivalence entre le modèle aléatoire et le modèle périodique a été établie en fonction du taux de remplissage. Les modèles mis en place ont été appliqués pour la conception, le dimensionnement et la réalisation d’une installation industrielle. Une confrontation entre les résultats de simulations et les mesures expérimentales sur cette installation a permis de valider les hypothèses et les modèles mis en place.
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Identifiants

  • HAL Id : tel-04086660 , version 1

Citer

Didier Trichet. Contribution à la modélisation, à la conception et au développement du chauffage par induction des matériaux composites conducteurs. Electromagnétisme. Université de nantes, 2000. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04086660⟩
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