Logiciel de simulation pour la fabrication de matériaux composites

TITRE DU

DÉFI: Logiciel de simulation pour la fabrication de matériaux composites
PROMOTEUR DU DÉFI : Conseil national de recherche du Canada (CNRC)
MECANISME DE FINANCEMENT : contrat
VALEUR MAXIMALE DU MARCHÉ
Ce défi peut amener la création de plusieurs contrats.
Le financement maximal pour tout contrat de la phase I découlant de ce défi est de 150 000,00 $ CAD (taxes en sus), incluant les dépenses relatives à la livraison et aux déplacements ainsi que les frais de subsistance, s’il y a lieu, pour une période pouvant aller jusqu'à six mois.
Le financement maximal pour tout contrat de la phase 2 découlant de ce défi est de
1 000 000,00 $ CAD (taxes en sus), incluant les dépenses relatives à la livraison et aux déplacements ainsi que les frais de subsistance, s’il y a lieu, pour une période pouvant aller jusqu'à deux ans. Seules les entreprises admissibles qui ont complété la phase 1 avec succès seront prises en considération dans le cadre de la phase 2.
La divulgation de l’estimation du financement disponible est faite de bonne foi et n’engage aucunement le Canada à payer cette somme.
DÉPLACEMENTS : Pour la phase 1, il est prévu que jusqu'à deux réunions pourraient exiger que le(s) candidat(s) retenu(s) se déplace(nt) aux endroits ci-dessous :
Rencontre de démarrage : Montréal, Qc
Rapport Final : Montréal, Qc
Toutes les autres communications peuvent se faire par téléphone.
Sommaire du problème
Ce défi consiste à trouver un outil de simulation avancé, capable de prédire avec précision le mouvement pli par pli, la déformation, la génération et la distribution de défauts dans un stratifié composite en cours de formage à n’importe quelle étape du procédé.
Énoncé du problème
Le Centre de recherche en aérospatiale du CNRC fait de la recherche et du développement des éléments structuraux de cellules en matériaux composites et de leur industrialisation, permettant de développer des méthodes de fabrication qui aideront les manufacturiers canadiens de matériaux composites à offrir des produits de la plus haute qualité. Le manque d’outil de simulation du processus de fabrication des matériaux composite présente un problème au CNRC, car ses méthodes de fabrications gagneraient à être précédées d’un logiciel de simulation, pour économiser temps et argent aux manufacturiers. Les techniques actuelles de fabrication de matériaux composites sont très empiriques, requérant un processus d’essais et d’erreurs long et couteux. En présentant la technologie de formage à un nouveau client pour une application particulière, le but ultime est de raccourcir l’étape d’adaptation en prédisant et, par conséquent, en évitant les défauts possibles qui sont générés couramment par des procédés de formage. Aucun logiciel de simulation ne reflète les pratiques exemplaires des industries.
L’outil de simulation avancé demandé ici nécessitera la création de modèles mathématiques capables de simuler avec précision le procédé de formage des matériaux composites. Avec une capacité de simulation fiable et précise en place, les fabricants canadiens de composites seraient en mesure de former des matériaux composites de qualité optimale, en utilisant leur propre technologie de formage ou celle du CNRC. Cela réduirait le risque, le temps et les coûts associés aux méthodes empiriques utilisées aujourd’hui.
Résultats souhaités et éléments à considérer
Résultats souhaités essentiels
La solution, fournie par une petite entreprise, doit être un outil de simulation numérique répondant aux critères suivants.

une bibliothèque de matériaux avec propriétés diverses permettant de modéliser le comportement des pièces pendant le formage, avec capacité d’ajouter de nouveaux matériaux à la bibliothèque ;
capacité de modéliser avec précision le formage de stratifiés thermodurcissables plats en formes complexes (double courbure), tout en tenant compte des changements chimiorhéologiques transitoires dans la matrice et l’interaction mécanique du renforcement ;
capacité d’intégrer les données sur le mouvement et le déplacement du pli à partir d’une évaluation non destructive comme moyen d’étalonnage de l’outil de simulation et de rétroaction sur le procédé ;
capacité de modélisation de la résolution de problèmes de formage courants, comme :
prévision de l’ondulation du pli (gondolement d’au moins une couche) en raison du formage de régions critiques comme les coins, les replis et les plis en Z (crans formés par deux plis parallèles et de sens opposés) ;
prévision des changements d’épaisseur du stratifié (min. à 5 %) découlant du procédé de formage d’une pièce ;
irrégularités de mouvement des plis dans les stratifiés avec des piles de multiples plis (1 à 50 couches) avec une orientation similaire ;
capacité d’optimiser le procédé de formage en fonction de paramètres choisis du procédé de formage (tels que les propriétés des matériaux, la température, la pression et le taux de formage) ;

Le logiciel doit être capable de prédire le redressement et le gauchissement des stratifiés composites en fonction d’un cycle de durcissement, d’un outil, d’un matériau et de l’état géométrique après un durcissement.

Résultats souhaités additionnels
Les solutions proposées devraient :

Offrir une interface utilisateur graphique permettant le procédé générique de modélisation du formage et son adaptation à un procédé de fabrication propre au client, comme la technologie de formage du CNRC.
Être capable d’optimiser une application particulière et de déterminer les paramètres de procédé idéaux afin de réduire les coûts tout en assurant une pièce de grande qualité.

Historique et contexte
L’approche industrielle actuelle pour adapter une stratégie de formage consiste à effectuer des essais propres à un cas. Dans l’état des connaissances actuelles, le défi consiste à produire des composants rapides, reproductibles et de grande qualité ; l’une des approches les plus attrayantes est l’utilisation de techniques de formage avancées. Ici, une charge plate de matériau est d’abord superposée au moyen de l’automatisation. Les charges plates sont ensuite formées en formes complexes, et la déformation préférentielle est favorisée par l’application ciblée et contrôlée de la chaleur et de la force. Le matériau subit une phase d’état très transitoire, rapide et irréversible, qui doit être prédite et contrôlée avec une grande fidélité. Au cours de cette étape, il est essentiel d’atteindre l’orientation optimale du pli tout en évitant les défauts associés à la manipulation mécanique du matériau viscoélastique. La transformation chimiorhéologique de l’état de la résine affecte les fibres de renforcement, les plis et le stratifié aux échelles microscopique et macroscopique. L’un des défis pertinents en matière de développement de procédé est que les mécanismes de mouvement de pli complexes et concurrents sous-jacents, qui sont régis par la déformation globale, sont cachés. Actuellement, leurs relations sont implicites dans les conditions finales. Par conséquent, l’exactitude des outils de simulation existants basés sur la chimiorhéologie et la physique est difficile à déterminer.
De nos jours, la simulation informatique est un élément essentiel de toute technologie de fabrication avancée afin d’améliorer la conception et de réduire les délais et les coûts de développement. Toutefois, jusqu’à présent, la plupart des applications se sont concentrées sur une approche générale de la fabrication de composites en tant que module unique de logiciel de simulation globale. Il manque dans la documentation un outil de simulation ciblé propre à la fabrication de composites. L’industrie a besoin de logiciels de simulation commerciaux et viables sur lesquels elle peut dépendre pour simuler différents procédés de composites, particulièrement la technologie de formage de composites. Ces types d’outils dans les logiciels de simulation commerciaux devraient être maintenus, mis à jour et perfectionnés régulièrement. À notre connaissance, aucun logiciel commercial actuel n’est en mesure de traiter le procédé de formage tel qu’expliqué dans le présent défi.
DEMANDES DE RENSEIGNEMENTS
Toutes les demandes de renseignements doivent être présentées à (courriel sur l'avis officiel) au moins dix jours civils avant la date de clôture. Pour ce qui est des demandes de renseignements reçues après ce délai, il est possible qu'on ne puisse pas y répondre.