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Boyard Nicolas - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.
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Mesure et prédiction des déformations et contraintes résiduelles lors du refroidissement d’un stratifié composite thermoplastique
HAL CCSD, 2019Co-Authors: Péron Mael, Jacquemin Frédéric, Casari Pascal, Orange Gilles, Bailleul, Jean Luc, Boyard NicolasAbstract:International audienceCooling of thermoplastic composite parts inevitably leads to the development of residual stresses, which may have negative consequences on the final part health. Modelling their development during cooling therefore appears as an interesting solution to optimize the process parameters and limit the stresses intensity. This study proposes a coupled model accounting for heat transfer, crystallization kinetics and mechanical behavior of thermoplastic composite laminate. This latter is treated according to the modified lamination theory, which is for the first time adapted to the study of a thermoplastic composite during cooling, with temperature dependent properties. This is made possible by the use of an incremental linear elastic law, which also accounts for the crystallization shrinkage and thermal expansion of the material. The model is applied to the study of an unsymmetric laminate, which leads to estimated stress and strain states. These latter are compared with experimentally measured strains, highlighting an excellent agreement which validates the proposed moLe refroidissement des pièces composites thermoplastiques durant leur mise en oeuvre mène inexorablement au développement de contraintes résiduelles. Ces contraintes peuvent être néfastes pour la santé finale de la pièce et il convient de prédire leur développement au cours du procédé afin d'optimiser celui-ci et ainsi limiter l'impact des contraintes sur le matériau. Cette étude propose un modèle de prédiction du développement des contraintes résiduelles au cours du refroidissement d'un composite thermoplastique à fibres continues de verre et matrice PA66. Celui-ci prend en compte les transferts thermiques, la cinétique de cristallisation ainsi que le comportement mécanique du composite au cours de son refroidissement. Ce dernier est traité à l'aide de la théorie modifiée des stratifiés qui est adaptée pour la première fois au refroidissement d'un composite thermoplastique dont les propriétés thermomécaniques varient avec la température. Ceci est rendu possible à l'aide d'une formulation incrémentale de la loi de comportement linéaire élastique, prenant en compte les retraits d'origine thermique et de cristallisation. Appliqué au cas d'un empilement asymétrique, le modèle permet de prédire contraintes et déformations résiduelles. Ces dernières sont comparées à des mesures expérimentales pour évaluer la fiabilité du modèle développédel
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Mesure et prédiction des déformations et contraintes résiduelles lors du refroidissement d'un stratifié composite thermoplastique
HAL CCSD, 2019Co-Authors: Péron Mael, Jacquemin Frédéric, Casari Pascal, Orange Gilles, Bailleul Jean-luc, Boyard NicolasAbstract:International audienceCooling of thermoplastic composite parts inevitably leads to the development of residual stresses, which may have negative consequences on the final part health. Modelling their development during cooling therefore appears as an interesting solution to optimize the process parameters and limit the stresses intensity. This study proposes a coupled model accounting for heat transfer, crystallization kinetics and mechanical behavior of thermoplastic composite laminate. This latter is treated according to the modified lamination theory, which is for the first time adapted to the study of a thermoplastic composite during cooling, with temperature dependent properties. This is made possible by the use of an incremental linear elastic law, which also accounts for the crystallization shrinkage and thermal expansion of the material. The model is applied to the study of an unsymmetric laminate, which leads to estimated stress and strain states. These latter are compared with experimentally measured strains, highlightingan excellent agreement which validates the proposed model.Le refroidissement des pièces composites thermoplastiques durant leur mise en œuvre mène inexorablement au développement de contraintes résiduelles. Ces contraintes peuvent être néfastes pour la santé finale de la pièce et il convient de prédire leur développement au cours du procédé afin d’optimiser celui-ci et ainsi limiter l’impact des contraintes sur le matériau. Cette étude propose un modèle de prédiction du développement des contraintes résiduelles au cours du refroidissement d’un composite thermoplastique à fibres continues de verre et matrice PA66. Celui-ci prend en compte les transferts thermiques, la cinétique de cristallisation ainsi que le comportement mécanique du composite au cours de son refroidissement. Ce dernier est traité à l’aide de la théorie modifiée des stratifiés qui est adaptée pour la première fois au refroidissement d’un composite thermoplastique dont les propriétés thermomécaniques varient avec la température. Ceci est rendu possible à l’aide d’une formulation incrémentale de la loi de comportement linéaire élastique, prenant en compte les retraits d’origine thermique et de cristallisation. Appliqué au cas d’un empilement asymétrique, le modèle permet de prédire contraintes et déformations résiduelles. Ces dernières sont comparées à des mesures expérimentales pour évaluer la fiabilité du modèle développé
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Mesure et prédiction des déformations et contraintes résiduelles lors du refroidissement d'un stratifié composite thermoplastique
HAL CCSD, 2019Co-Authors: Péron Mael, Jacquemin Frédéric, Casari Pascal, Orange Gilles, Bailleul Jean-luc, Boyard NicolasAbstract:National audienceCooling of thermoplastic composite parts inevitably leads to the development of residual stresses, which may have negative consequences on the final part health. Modelling their development during cooling therefore appears as an interesting solution to optimize the process parameters and limit the stresses intensity. This study proposes a coupled model accounting for heat transfer, crystallization kinetics and mechanical behavior of thermoplastic composite laminate. This latter is treated according to the modified lamination theory, which is for the first time adapted to the study of a thermoplastic composite during cooling, with temperature dependent properties. This is made possible by the use of an incremental linear elastic law, which also accounts for the crystallization shrinkage and thermal expansion of the material. The model is applied to the study of an unsymmetric laminate, which leads to estimated stress and strain states. These latter are compared with experimentally measured strains, highlightingan excellent agreement which validates the proposed model.Le refroidissement des pièces composites thermoplastiques durant leur mise en œuvre mène inexorablement au développement de contraintes résiduelles. Ces contraintes peuvent être néfastes pour la santé finale de la pièce et il convient de prédire leur développement au cours du procédé afin d’optimiser celui-ci et ainsi limiter l’impact des contraintes sur le matériau. Cette étude propose un modèle de prédiction du développement des contraintes résiduelles au cours du refroidissement d’un composite thermoplastique à fibres continues de verre et matrice PA66. Celui-ci prend en compte les transferts thermiques, la cinétique de cristallisation ainsi que le comportement mécanique du composite au cours de son refroidissement. Ce dernier est traité à l’aide de la théorie modifiée des stratifiés qui est adaptée pour la première fois au refroidissement d’un composite thermoplastique dont les propriétés thermomécaniques varient avec la température. Ceci est rendu possible à l’aide d’une formulation incrémentale de la loi de comportement linéaire élastique, prenant en compte les retraits d’origine thermique et de cristallisation. Appliqué au cas d’un empilement asymétrique, le modèle permet de prédire contraintes et déformations résiduelles. Ces dernières sont comparées à des mesures expérimentales pour évaluer la fiabilité du modèle développé
Zhang Shuheng - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.
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Approche microfluidique polyvalente de la cristallisation
2015Co-Authors: Zhang ShuhengAbstract:La cristallisation est influencée par plusieurs paramètres tels que la sursaturation, la température, le milieu et l’hydrodynamique. Pour cela le criblage rapide des conditions de cristallisation est souvent exigé lors de l’étude de la cristallisation d’une molécule. Cependant lorsqu’une faible quantité de matière est disponible, un outil expérimental adapté est indispensable.Dans notre cas, le système microfluidique dédié à la cristallisation est basé sur la génération des gouttes de volume nanométrique dans lesquels la cristallisation peut avoir lieu de façon indépendante. Des gouttes monodispersées en taille et en conditions expérimentales nous permettent de réaliser des études statistiques pour répondre à la stochasticité du phénomène de nucléation, ceci tout en consommant peu de matière.Le but de cette thèse est de créer un montage microfluidique universel, qui soit compatible à tout solvant et toute molécule. Pour cela, nous utilisons des jonctions et des capillaires microfluidiques simples résistants à de nombreux solvants. Nous cherchons d'abord à contrôler les écoulements microfluidiques et à réduire les volumes mis en jeu. Nous avons étudié les régimes de génération des gouttes et la loi d'échelle de la taille des gouttes. Dans le cadre de l’étude de la cristallisation, nous montrons la faisabilité de notre dispositif pour l’étude de la cristallisation en variant la viscosité avec l’exemple de l’urate oxydase recombinante ou rasburicase que nous avons cristallisée dans une solution aqueuse de PEG. Pour finir, nous avons intégré un module de caractérisation en ligne dans notre système microfluidique afin d'analyser la composition chimique de chaque goutte.Crystallization is influenced by several parameters such as supersaturation, temperature, environment, and hydrodynamics. Thus, a rapid screening of crystallization conditions is often required during the study of the crystallization of a molecule. But when a small amount of material is available, a suitable experimental tool is essential. In our case, the microfluidic system dedicated to crystallization is based on the generation of nanoliter droplets in which crystallization can occur independently. Forming hundreds of droplets with monodisperse sizes and experimental conditions, we can make a large number of experiments per condition for statistical studies to meet the stochasticity of the phenomenon of nucleation while consuming little material. Our goal is to create a universal microfluidic assembly which is compatible with all solvents and molecules. Thus, we are interested in simple microfluidic junctions and tubings which is resistant to many solvents. From such systems, we have first characterized the hydrodynamic properties of the set-up: we sought to control microfluidic flow and reduce the volumes put-in. We studied the droplet generation regimes and the scaling law of drop size and frequency. For crystallization study of biomolecule, we have validated our microfluidic set-up for crystallization studies in a viscous media, on the recombinant urate oxidase or the rasburicase in an aqueous solution of PEG. Finally, we integrated a module for on-line characterization of each droplet’s chemical composition
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Approche Microfluidique Polyvalente de la Cristallisation
HAL CCSD, 2015Co-Authors: Zhang ShuhengAbstract:Crystallization is influenced by several parameters such as supersaturation, temperature, environment, and hydrodynamics. Thus, a rapid screening of crystallization conditions is often required during the study of the crystallization of a molecule. But when a small amount of material is available, a suitable experimental tool is essential. The development of microfluidic systems to form microdroplets has gained importance over the past decade (Leng & Salmon, 2009). Microfluidics brings together techniques that allow the manipulation of fluids on submillimeter scale. In our case, the microfluidic system dedicated to crystallization is based on the generation of nano-crystallizers (nanoliter droplets) isolated from each other and in which crystallization can occur independently. Forming hundreds of droplets which are monodisperse in size and experimental conditions, we can make a large number of experiments per condition for statistical studies to meet the stochasticity of the phenomenon of nucleation while consuming little material. Our goal is to create a universal microfluidic assembly which is compatible with all solvents and molecules. Thus, we are interested in simple microfluidic devices which allow generating droplets with PEEK junctions coupled with Teflon tubings which is resistant to many solvents (Ildefonso, Candoni, et al., 2012). From such systems, we have first characterized the hydrodynamic properties of the set-up: we sought to control microfluidic flow and reduce the volumes put-in and we studied the drop generation regimes by a "cross-flowing" method with two immiscible fluids in the T-junction. We present the scaling law of drop size in a systematic way which we relate to tangential shear. As part of the crystallization study of biomolecule, our goal is to screen different crystallization conditions while achieving a large number of experiments per condition for statistical analysis. We have validated our microfluidic set-up for crystallization studies in a viscous media, on the recombinant urate oxidase or the rasburicase in an aqueous solution of PEG. Finally, we integrated a module for on-line characterization of each droplet’s chemical composition.La cristallisation est influencée par plusieurs paramètres tels que la sursaturation, la température, le milieu et l’hydrodynamique. Pour cela le criblage rapide des conditions de cristallisation est souvent exigé lors de l’étude de la cristallisation d’une molécule. Cependant lorsqu’une faible quantité de matière est disponible, un outil expérimental adapté est indispensable. Le développement des systèmes microfluidiques pour former des microgouttelettes a pris de l’importance au cours des dix dernières années (Leng & Salmon, 2009). La microfluidique regroupe l’ensemble des techniques qui permettent la manipulation de fluides à l’échelle submillimétrique. Dans notre cas, le système microfluidique dédié à la cristallisation est basé sur la génération de nanocristallisoirs (gouttes de volume nanométrique) isolés les uns des autres par de l’huile et dans lesquels la cristallisation peut avoir lieu de façon indépendante. En formant des centaines de gouttelettes monodispersées en taille et en conditions expérimentales, nous pouvons réaliser des études statistiques pour répondre à la stochasticité du phénomène de nucléation, ceci tout en consommant peu de matière.Le but de cette thèse est de créer un montage microfluidique universel, qui soit compatible à tout solvant et toute molécule. Pour cela, nous nous sommes inspirés de dispositifs microfluidiques simples qui permettaient de générer des gouttes grâce à des jonctions microfluidiques en PEEK couplés à des capillaires en Téflon, résistants à de nombreux solvants (Ildefonso, Candoni, et al., 2012). A partir de ce genre de systèmes, nous cherchons à contrôler les écoulements microfluidiques et à réduire les volumes mis en jeu. Nous avons alors étudié les régimes de génération des gouttes dans une jonction en T, à partir de deux fluides non-miscibles par la méthode « cross-flowing ». Nous présentons la loi d'échelle de la taille des gouttelettes que nous avons analysée de façon systématique et que nous relions au cisaillement tangentiel.Dans le cadre de l’étude de la cristallisation de biomolécules, notre objectif est de cribler des conditions de cristallisation différentes tout en réalisant un grand nombre d'expériences par condition pour des analyses statistiques. Nous montrons la faisabilité de notre dispositif microfluidique pour l’étude de la cristallisation en variant les conditions de viscosité avec l’exemple de l’urate oxydase recombinante ou rasburicase que nous avons cristallisée dans une solution aqueuse de PEG. Pour finir, nous avons intégré un module de caractérisation en ligne dans notre système microfluidique afin d'analyser la composition chimique de chaque goutte
Bakrani Balani Shahriar - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.
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Impression 3D des thermoplastiques hautes performances : Étude expérimentale et modélisation numérique du procédé par dépôt de filament
HAL CCSD, 2019Co-Authors: Bakrani Balani ShahriarAbstract:Additive manufacturing (AM) refers to a wide variety of manufacturing processes for rapid prototyping and production of final and semi-final products. In opposite to conventional or subtractive processes, in additive manufacturing, the material is gradually added layer by layer to form the parts. AM enables the fabrication of complex parts which were impossible or not cost-effective to manufacture with the traditional processes. Fused Filament Fabrication (FFF) is based on the melting of a polymeric filament in an extruder; the filament is then deposited layer by layer to manufacture the final parts. Despite growing interest from industries and a large audience in recent years, these manufacturing processes are still not well mastered, especially for not mass-produced polymers. In this thesis, we will take an insight into the printability of PEEK (Polyetheretherketone). The aim is to find the printing conditions to obtain the best quality of the printed parts by FFF process.In the first step, we have determined the polymer properties influencing the quality of the printed parts by FFF. The rheological properties, the surface tension, the thermal conductivity and thermal expansion have been determined experimentally. Then, the coalescence phenomenon of the polymeric filaments has been studied by experimental, analytical and numerical simulation. Furthermore, the stability of the filament and its flow properties when it exits from the extruder in the FFF process has been determined by experimental, analytical and numerical simulation. Then, we have focused on the determination of the die swelling of PEEK extrudate. Lastly, the kinetics of isothermal and non-isothermal crystallization of PEEK has been studied by experimental study. The kinetics of crystallization has been applied to FFF process by numerical simulation in order to determine the optimum environment temperature to control the crystallization of printed parts. The crystallization of PEEK reaches its maximum value (about 22%) of crystallization during the deposition. Furthermore, the crystallization releases heat in the system that increases the temperature of the deposited bead gradually up to 20 ℃.La fabrication additive (FA) fait référence à une grande variété de procédés de fabrication pour le prototypage rapide et la production de produits finis et semi-finis. Contrairement aux procédés classiques ou soustractifs, en fabrication additive, le matériau est ajouté progressivement couche par couche pour former les pièces. La fabrication additive permet la fabrication de pièces complexes impossibles ou peu rentables à fabriquer avec les procédés traditionnels. Le procédé FFF (Fused Filament Fabrication) est basé sur la fusion d'un filament polymère ; le filament est ensuite déposé couche par couche pour fabriquer les pièces finales. Malgré l'intérêt croissant des industries et du grand public ces dernières années, ces procédés de fabrication ne sont toujours pas bien maîtrisés, en particulier pour les polymères qui ne sont pas de grande consommation. Dans cette thèse, nous allons nous intéresser à l’imprimabilité du PEEK (Polyétheréthercétone). Dans un premier temps, nous avons déterminé les propriétés du polymère influençant la qualité des pièces imprimées par FFF. Les propriétés rhéologiques, la tension superficielle, la conductivité thermique et la dilatation thermique ont été déterminées expérimentalement. Ensuite, le phénomène de coalescence des filaments polymères a été étudié par des mesures expérimentales, un modèle analytique et par simulation numérique. De plus, la stabilité du filament et ses propriétés d’écoulement lorsqu’il sort de l’extrudeuse dans le procédé FFF ont été déterminées expérimentalement puis par analytique et simulation numérique. Ensuite, nous nous sommes concentrés sur la détermination du gonflement des filaments de PEEK. Enfin, la cinétique de la cristallisation isotherme et non isotherme du PEEK a été étudiée expérimentalement. La cinétique de cristallisation a été appliquée au procédé FFF par simulation numérique afin de déterminer la température d’environnement optimale pour contrôler la cristallisation des pièces imprimées. La cristallisation du PEEK atteint sa valeur maximale (environ 22%) de cristallisation pendant le dépôt. En outre, la cristallisation libère de la chaleur dans le système, ce qui augmente progressivement la température du filament déposé jusqu'à 20 ℃
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Impression 3D des thermoplastiques hautes performances : Étude expérimentale et modélisation numérique du procédé par dépôt de filament
2019Co-Authors: Bakrani Balani ShahriarAbstract:La fabrication additive (FA) fait référence à une grande variété de procédés de fabrication pour le prototypage rapide et la production de produits finis et semi-finis. Contrairement aux procédés classiques ou soustractifs, en fabrication additive, le matériau est ajouté progressivement couche par couche pour former les pièces. La fabrication additive permet la fabrication de pièces complexes impossibles ou peu rentables à fabriquer avec les procédés traditionnels. Le procédé FFF (Fused Filament Fabrication) est basé sur la fusion d'un filament polymère ; le filament est ensuite déposé couche par couche pour fabriquer les pièces finales. Malgré l'intérêt croissant des industries et du grand public ces dernières années, ces procédés de fabrication ne sont toujours pas bien maîtrisés, en particulier pour les polymères qui ne sont pas de grande consommation. Dans cette thèse, nous allons nous intéresser à l’imprimabilité du PEEK (Polyétheréthercétone).Dans un premier temps, nous avons déterminé les propriétés du polymère influençant la qualité des pièces imprimées par FFF. Les propriétés rhéologiques, la tension superficielle, la conductivité thermique et la dilatation thermique ont été déterminées expérimentalement. Ensuite,le phénomène de coalescence des filaments polymères a été étudié par des mesures expérimentales, un modèle analytique et par simulation numérique. De plus, la stabilité du filament et ses propriétés d’écoulement lorsqu’il sort de l’extrudeuse dans le procédé FFF ont été déterminées expérimentalement puis par analytique et simulation numérique. Ensuite, nous nous sommes concentrés sur la détermination du gonflement des filaments de PEEK. Enfin, la cinétique de la cristallisation isotherme et non isotherme du PEEK a été étudiée expérimentalement. La cinétique de cristallisation a été appliquée au procédé FFF par simulation numérique afin de déterminer la température d’environnement optimale pour contrôler la cristallisation des pièces imprimées. La cristallisation du PEEK atteint sa valeur maximale (environ 22%) de cristallisation pendant le dépôt. En outre, la cristallisation libère de la chaleur dans le systèmeAdditive manufacturing (AM) refers to a wide variety of manufacturing processes for rapid prototyping and production of final and semi-final products. In opposite to conventional orsubtractive processes, in additive manufacturing, the material is gradually added layer by layer to form the parts. AM enables the fabrication of complex parts which were impossible or not costeffective to manufacture with the traditional processes. Fused Filament Fabrication (FFF) is basedon the melting of a polymeric filament in an extruder; the filament is then deposited layer by layerto manufacture the final parts. Despite growing interest from industries and a large audience inrecent years, these manufacturing processes are still not well mastered, especially for not mass produced polymers. In this thesis, we will take an insight into the printability of PEEK(Polyetheretherketone). The aim is to find the printing conditions to obtain the best quality of theprinted parts by FFF process. In the first step, we have determined the polymer properties influencing the quality of the printed parts by FFF. The rheological properties, the surface tension,the thermal conductivity and thermal expansion have been determined experimentally. Then, thecoalescence phenomenon of the polymeric filaments has been studied by experimental, analyticaland numerical simulation. Furthermore, the stability of the filament and its flow properties when itexits from the extruder in the FFF process has been determined by experimental, analytical andnumerical simulation. Then, we have focused on the determination of the die swelling of PEEKextrudate. Lastly, the kinetics of isothermal and non-isothermal crystallization of PEEK has beenstudied by experimental study. The kinetics of crystallization has been applied to FFF process bynumerical simulation in order to determine the optimum environment temperature to control thecrystallization of printed parts. The crystallization of PEEK reaches its maximum value (about22%) of crystallization during the deposition
Péron Mael - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.
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Mesure et prédiction des déformations et contraintes résiduelles lors du refroidissement d’un stratifié composite thermoplastique
HAL CCSD, 2019Co-Authors: Péron Mael, Jacquemin Frédéric, Casari Pascal, Orange Gilles, Bailleul, Jean Luc, Boyard NicolasAbstract:International audienceCooling of thermoplastic composite parts inevitably leads to the development of residual stresses, which may have negative consequences on the final part health. Modelling their development during cooling therefore appears as an interesting solution to optimize the process parameters and limit the stresses intensity. This study proposes a coupled model accounting for heat transfer, crystallization kinetics and mechanical behavior of thermoplastic composite laminate. This latter is treated according to the modified lamination theory, which is for the first time adapted to the study of a thermoplastic composite during cooling, with temperature dependent properties. This is made possible by the use of an incremental linear elastic law, which also accounts for the crystallization shrinkage and thermal expansion of the material. The model is applied to the study of an unsymmetric laminate, which leads to estimated stress and strain states. These latter are compared with experimentally measured strains, highlighting an excellent agreement which validates the proposed moLe refroidissement des pièces composites thermoplastiques durant leur mise en oeuvre mène inexorablement au développement de contraintes résiduelles. Ces contraintes peuvent être néfastes pour la santé finale de la pièce et il convient de prédire leur développement au cours du procédé afin d'optimiser celui-ci et ainsi limiter l'impact des contraintes sur le matériau. Cette étude propose un modèle de prédiction du développement des contraintes résiduelles au cours du refroidissement d'un composite thermoplastique à fibres continues de verre et matrice PA66. Celui-ci prend en compte les transferts thermiques, la cinétique de cristallisation ainsi que le comportement mécanique du composite au cours de son refroidissement. Ce dernier est traité à l'aide de la théorie modifiée des stratifiés qui est adaptée pour la première fois au refroidissement d'un composite thermoplastique dont les propriétés thermomécaniques varient avec la température. Ceci est rendu possible à l'aide d'une formulation incrémentale de la loi de comportement linéaire élastique, prenant en compte les retraits d'origine thermique et de cristallisation. Appliqué au cas d'un empilement asymétrique, le modèle permet de prédire contraintes et déformations résiduelles. Ces dernières sont comparées à des mesures expérimentales pour évaluer la fiabilité du modèle développédel
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Mesure et prédiction des déformations et contraintes résiduelles lors du refroidissement d'un stratifié composite thermoplastique
HAL CCSD, 2019Co-Authors: Péron Mael, Jacquemin Frédéric, Casari Pascal, Orange Gilles, Bailleul Jean-luc, Boyard NicolasAbstract:International audienceCooling of thermoplastic composite parts inevitably leads to the development of residual stresses, which may have negative consequences on the final part health. Modelling their development during cooling therefore appears as an interesting solution to optimize the process parameters and limit the stresses intensity. This study proposes a coupled model accounting for heat transfer, crystallization kinetics and mechanical behavior of thermoplastic composite laminate. This latter is treated according to the modified lamination theory, which is for the first time adapted to the study of a thermoplastic composite during cooling, with temperature dependent properties. This is made possible by the use of an incremental linear elastic law, which also accounts for the crystallization shrinkage and thermal expansion of the material. The model is applied to the study of an unsymmetric laminate, which leads to estimated stress and strain states. These latter are compared with experimentally measured strains, highlightingan excellent agreement which validates the proposed model.Le refroidissement des pièces composites thermoplastiques durant leur mise en œuvre mène inexorablement au développement de contraintes résiduelles. Ces contraintes peuvent être néfastes pour la santé finale de la pièce et il convient de prédire leur développement au cours du procédé afin d’optimiser celui-ci et ainsi limiter l’impact des contraintes sur le matériau. Cette étude propose un modèle de prédiction du développement des contraintes résiduelles au cours du refroidissement d’un composite thermoplastique à fibres continues de verre et matrice PA66. Celui-ci prend en compte les transferts thermiques, la cinétique de cristallisation ainsi que le comportement mécanique du composite au cours de son refroidissement. Ce dernier est traité à l’aide de la théorie modifiée des stratifiés qui est adaptée pour la première fois au refroidissement d’un composite thermoplastique dont les propriétés thermomécaniques varient avec la température. Ceci est rendu possible à l’aide d’une formulation incrémentale de la loi de comportement linéaire élastique, prenant en compte les retraits d’origine thermique et de cristallisation. Appliqué au cas d’un empilement asymétrique, le modèle permet de prédire contraintes et déformations résiduelles. Ces dernières sont comparées à des mesures expérimentales pour évaluer la fiabilité du modèle développé
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Mesure et prédiction des déformations et contraintes résiduelles lors du refroidissement d'un stratifié composite thermoplastique
HAL CCSD, 2019Co-Authors: Péron Mael, Jacquemin Frédéric, Casari Pascal, Orange Gilles, Bailleul Jean-luc, Boyard NicolasAbstract:National audienceCooling of thermoplastic composite parts inevitably leads to the development of residual stresses, which may have negative consequences on the final part health. Modelling their development during cooling therefore appears as an interesting solution to optimize the process parameters and limit the stresses intensity. This study proposes a coupled model accounting for heat transfer, crystallization kinetics and mechanical behavior of thermoplastic composite laminate. This latter is treated according to the modified lamination theory, which is for the first time adapted to the study of a thermoplastic composite during cooling, with temperature dependent properties. This is made possible by the use of an incremental linear elastic law, which also accounts for the crystallization shrinkage and thermal expansion of the material. The model is applied to the study of an unsymmetric laminate, which leads to estimated stress and strain states. These latter are compared with experimentally measured strains, highlightingan excellent agreement which validates the proposed model.Le refroidissement des pièces composites thermoplastiques durant leur mise en œuvre mène inexorablement au développement de contraintes résiduelles. Ces contraintes peuvent être néfastes pour la santé finale de la pièce et il convient de prédire leur développement au cours du procédé afin d’optimiser celui-ci et ainsi limiter l’impact des contraintes sur le matériau. Cette étude propose un modèle de prédiction du développement des contraintes résiduelles au cours du refroidissement d’un composite thermoplastique à fibres continues de verre et matrice PA66. Celui-ci prend en compte les transferts thermiques, la cinétique de cristallisation ainsi que le comportement mécanique du composite au cours de son refroidissement. Ce dernier est traité à l’aide de la théorie modifiée des stratifiés qui est adaptée pour la première fois au refroidissement d’un composite thermoplastique dont les propriétés thermomécaniques varient avec la température. Ceci est rendu possible à l’aide d’une formulation incrémentale de la loi de comportement linéaire élastique, prenant en compte les retraits d’origine thermique et de cristallisation. Appliqué au cas d’un empilement asymétrique, le modèle permet de prédire contraintes et déformations résiduelles. Ces dernières sont comparées à des mesures expérimentales pour évaluer la fiabilité du modèle développé
Le Page Mostefa Marie - One of the best experts on this subject based on the ideXlab platform.
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Design and development of a process purification of bio-acrylic acid by melt crystallization
2012Co-Authors: Le Page Mostefa MarieAbstract:Actuellement produit à partir du pétrole, une voie de synthèse de l'acide acrylique (AA) à partir du glycérol est envisagée. Cependant, cet AA bio-sourcé contient davantage d'acide propionique (AP) que l'AA issu du propylène. Les techniques classiques de purification ne permettent pas de séparer les deux acides. Le diagramme de phases liquide-solide du binaire AA + AP est déterminé. Il présente un point eutectique à 25,65 % (mol) d'AA, un point péritectique à 50,00 % (mol) d'AA et donc, un large domaine dans lequel l'AA cristallise thermodynamiquement de façon pure. Les essais de purification en mode statique sur paroi froide affichent des résultats prometteurs, une efficacité de séparation correcte pour un rendement de 60 %. Afin d'améliorer les transferts de matière et de chaleur, des dispositifs en mode dynamique sont mis au point dont un cristallisoir en film tombant. Ce dispositif permet de multiplier par 2,8 la productivité, tout en conservant une bonne efficacité de séparation. Afin de diminuer la surfusion et de maintenir un bon transfert thermique malgré une couche cristalline relativement isolante, des surfaces de cristallisation micro- et milli-structurées sont envisagées. La productivité est encore améliorée et la modélisation du transfert thermique confirme ces résultats expérimentaux. Afin de se rapprocher des conditions industrielles, un brut synthétique de bio-AA est purifié. La cristallisation en milieu fondu permet de séparer toutes les impuretés testées. Enfin, un modèle de cascade de cristallisoirs fermés, avec recyclage des différentes phases, est proposé afin de dimensionner le procédé global. Les essais en conditions presque réelles et l'intensification du procédé de cristallisation permettent d'envisager sereinement la mise en oeuvre du procédé industrielWith a global market exceeding four million tons per year, acrylic acid (AA) is a major intermediate chemical. The current AA synthesis is based on propylene, which is produced from oil. Thus, a novel production route is envisioned, based on glycerol, a green byproduct of oleochemistry and biodiesel production. However, current crude biobased AA contains a higher proportion of PA than AA from petrochemical origin. Classical purification techniques of AA cannot efficiently separate these two chemicals. In a first part, liquid-solid phase diagram of the binary system AA + PA is determined. This liquid-solid equilibrium exhibits an peritectic behavior at 50.0% (mol) of AA, a eutectic point at 25.65% (mol) of AA and thus, this diagram is favorable to the purification of AA. First purification tests by static solid layer melt crystallization show promising results: a correct separation efficiency for a yield varying between 60 et 70 %. To improve heat and mass transfer, dynamic crystallization set-up are developed, including a falling film crystallizer. This set-up multiplies by 2.8 the productivity of purification, while keeping a good separation efficiency. To reduce supercooling and to keep a good heat transfer despite the crystalline layer which is a thermal insulator, micro-and milli-structured crystallization surface are considered. Productivity is further improved and heat transfer modeling confirms the experimental results. To be nearer to industrial conditions, synthetic crude bio-AA is purified. Melt crystallization can separate all the impurities which are present in the medium. To scale-up the overall process a cascade model of batch crystallizers with recycling of the differents phases, is proposed. The intensification of the melt crystallization process permits to consider the implementation of the industrial proces
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Développement, conception et mise au point d'un procédé de purification du bio-acide acrylique par cristallisation en milieu fondu
2012Co-Authors: Le Page Mostefa Marie, Muhr HervéAbstract:Actuellement produit à partir du pétrole, une voie de synthèse de l'acide acrylique (AA) à partir du glycérol est envisagée. Cependant, cet AA bio-sourcé contient davantage d'acide propionique (AP) que l'AA issu du propylène. Les techniques classiques de purification ne permettent pas de séparer les deux acides. Le diagramme de phases liquide-solide du binaire AA + AP est déterminé. Il présente un point eutectique à 25,65 % (mol) d'AA, un point péritectique à 50,00 % (mol) d'AA et donc, un large domaine dans lequel l'AA cristallise thermodynamiquement de façon pure. Les essais de purification en mode statique sur paroi froide affichent des résultats prometteurs, une efficacité de séparation correcte pour un rendement de 60 %. Afin d'améliorer les transferts de matière et de chaleur, des dispositifs en mode dynamique sont mis au point dont un cristallisoir en film tombant. Ce dispositif permet de multiplier par 2,8 la productivité, tout en conservant une bonne efficacité de séparation. Afin de diminuer la surfusion et de maintenir un bon transfert thermique malgré une couche cristalline relativement isolante, des surfaces de cristallisation micro- et milli-structurées sont envisagées. La productivité est encore améliorée et la modélisation du transfert thermique confirme ces résultats expérimentaux. Afin de se rapprocher des conditions industrielles, un brut synthétique de bio-AA est purifié. La cristallisation en milieu fondu permet de séparer toutes les impuretés testées. Enfin, un modèle de cascade de cristallisoirs fermés, avec recyclage des différentes phases, est proposé afin de dimensionner le procédé global. Les essais en conditions presque réelles et l'intensification du procédé de cristallisation permettent d'envisager sereinement la mise en oeuvre du procédé industrielWith a global market exceeding four million tons per year, acrylic acid (AA) is a major intermediate chemical. The current AA synthesis is based on propylene, which is produced from oil. Thus, a novel production route is envisioned, based on glycerol, a green byproduct of oleochemistry and biodiesel production. However, current crude biobased AA contains a higher proportion of PA than AA from petrochemical origin. Classical purification techniques of AA cannot efficiently separate these two chemicals. In a first part, liquid-solid phase diagram of the binary system AA + PA is determined. This liquid-solid equilibrium exhibits an peritectic behavior at 50.0% (mol) of AA, a eutectic point at 25.65% (mol) of AA and thus, this diagram is favorable to the purification of AA. First purification tests by static solid layer melt crystallization show promising results: a correct separation efficiency for a yield varying between 60 et 70 %. To improve heat and mass transfer, dynamic crystallization set-up are developed, including a falling film crystallizer. This set-up multiplies by 2.8 the productivity of purification, while keeping a good separation efficiency. To reduce supercooling and to keep a good heat transfer despite the crystalline layer which is a thermal insulator, micro-and milli-structured crystallization surface are considered. Productivity is further improved and heat transfer modeling confirms the experimental results. To be nearer to industrial conditions, synthetic crude bio-AA is purified. Melt crystallization can separate all the impurities which are present in the medium. To scale-up the overall process a cascade model of batch crystallizers with recycling of the differents phases, is proposed. The intensification of the melt crystallization process permits to consider the implementation of the industrial processMETZ-SCD (574632105) / SudocNANCY1-Bib. numérique (543959902) / SudocNANCY2-Bibliotheque electronique (543959901) / SudocNANCY-INPL-Bib. électronique (545479901) / SudocSudocFranceF
