Du process au produit SMC : développement d’une biellette par la simulation

Composites

Publié le : 23/03/2023 par Patrick Dewailly

Cas client - Société MERSEN - Expert mondial des spécialités électriques et des matériaux avancés
-> Fonctionnalisation d'une biellette grâce au procédé SMC

La société MERSEN conçoit et produit plusieurs différentes typologies de pièces dans le domaine du ferroviaire. Parmi ces pièces, certaines ont une fonction de captage de courant. Ces pièces doivent avoir des propriétés électriques isolantes. MERSEN à profiter du développement d’un nouveau système de captage de courant pour fonctionnaliser une biellette en y ajoutant une tenue mécanique grâce au développement de cette pièce en SMC.

Dans le cadre de cette étude, IPC à aider :

• au développement du produit par le biais de simulations du procédé SMC,
• à identifier la carte matière du produit
• à la simulation structurelle du produit

Les orientations de fibres ont également été transmises à MERSEN qui a travaillé sur le produit dans son environnement.

1. Simulation du procédé

Rappel : procédé SMC

Le SMC (Sheet Molding Compound) est un procédé qui utilise un matériau sous forme de ‘feuille’ intégrant résine + charges + fibres discontinues au sein d’un moule placé sur une presse verticale. Ces ‘feuilles’ sont placées sur une partie de la surface du moule, qui ensuite se ferme et permet au matériau qui s’est fluidifié sous l’action de la chaleur du moule de remplir la cavité du moule par compression.

Simulation du remplissage de la cavité par compression. L’outil Moldex 3D permet de simuler le remplissage par compression en définissant le maillage de la cavité (pièce finale) + la zone de compression.

Les différents résultats de la simulation de remplissage permettent de :

• Suivre le front matière pendant le remplissage
• Obtenir les orientations de fibres dans la pièce après le remplissage
• Suivre le cycle de cuisson dans la pièce
• Obtenir les contraintes/déformations résiduelles après process

On place les charges initiales disposant d’une orientation isotrope transverse :

Orientation des fibres :

2. Identification des lois de comportement du SMC

Nous avons utilisé une méthodologie couplant un outil d’optimisation (Modefrontier) et de l’homogénéisation multi-échelle (Digimat) afin d’identifier les coefficients de la résine composant le SMC pour permettre de fournir la loi de comportement du SMC quelque soit l’orientation de la fibres.

3. Calcul structurel de la biellette en tenant compte du process (1) et du matériau (2)

Nous avons utilisé l’outil Digimat MAP pour intégrer l’orientation des fibres issus de la simulation Moldex 3D vers Abaqus.

Calcul de la pièce en flexion supérieur (sollicitation simplifiée)  :

Calcul de la pièce en flexion inférieur (sollicitation simplifiée) :

Conclusions

L’approche du triptyque matériau/process/produit en simulation a permis d’améliorer le développement de la biellette et sa fonctionnalisation.

La simulation process a permis de régler l’orientation initiale des charges afin d’obtenir la meilleure réponse. Les orientations des fibres issues de ces simulations ont pu être intégrées aux simulations structurelles afin de tenir compte des propriétés mécaniques anisotropes dans la biellette.

La biellette a été simulée sur des cas de chargement simplifié par IPC et a également été simulée dans son environnement avec des chargements complexes par MERSEN afin de valider ce produit.

Nos moyens SMC

Nos moyens de simulation