Simulation haute performance des suspensions de fibres courtes pour les procédés de fabrication de composites

International audienceThe microstructure of a short fiber thermoplastic composite greatly affects its mechanical properties. We wish to simulate the flow behavior of concentrated fiber suspensions containing a significant number of fibers in order to understand the evolution of fiber orientation during the forming process. We aim to ensure a scale transition in numerical rheometry bysimulating a hole injected part or a thickness of a part with a complex geometry. This paper focuses first on a numerical method to generate an initial isotropic and oriented state of concentrated fiber suspensions. Then, a Stokes flow is applied to 10000 fibres and equations are solved by a finite element method associated with a multi-domain formulation and anadaptive mesh. Finally, the study of the kinematic of fiber suspensions is initiated by simulating the motion of an unique fiber under Newtonian shear flowLa simulation numérique directe constitue un outil précis pour la compréhension des mécanismes d’orientation dans les suspensions chargées de fibres courtes. L’objectif est de mettre en place un outil de simulation directe permettant de prédire d’une manière fiable la microstructure d’une pièce issue du procédé d’injection. Un passage à l’échelle enrhéométrie numérique est envisagé afin d’étudier le problème dans sa globalité et de se passer des hypothèses limitatrices reliées au choix des volumes élémentaires représentatifs. Un algorithme de génération de microstructures isotropes ou orientées a été implémenté permettant de générer, dans un temps optimisé, des millions de fibres. Un écoulement de Stokes a été appliqué à une suspension de 10 000 fibres et les équations ont été traitées par une méthode éléments finis associée à une formulation multi domaines et un maillage adaptatif. Ensuite, l’étude du mouvement des fibres a été initiée à travers l’étude d’une fibre dans un écoulement de cisaillement