Elaboration of hybrid bio-composites with thermoplastic matrix: optimal formulation and modeling of the dynamic behavior for an automotive structural application parts

Elaboration de bio-composites hybride à matrice thermoplastique : formulation optimale et modélisation du comportement dynamique en vue d'une application pour pièces de structure dans l'automobile

Wassim Guerfala (1) , Patrick Rozycki (1) , Christophe Binetruy (1)

1 GeM - Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique

The environmental impact is becoming increasingly important in the automotive industry, which is pushing OEMs to reduce CO2 emissions through clean engines but also through structural weight reduction. Composite materials, combining lightness and mechanical strength, offer a good alternative to standard steels with a considerable weight reduction, i.e. 40% of the average weight of the body in white. The main objective of this study is the application of bio-composite materials in the automotive structure. To meet the various mechanical, thermal and economic requirements, the firstobjective of this study isto develop a hybrid composite material based on two natural fibers with complementary characteristics to optimize its performanceswhile guaranteeing homogeneity of its mechanical behavior. The second objective is the development of a numeric tool that would allow rapid pre-design of structural parts reinforced with this hybrid composite material. Indeed, obligations of the automotive industry are quicklyand continuously changing; it is necessary to provide quick and cost-effective responses(compared to the long and expensive experimental campaigns especially when there is sensitivityto the environmental conditions to consider)

L’impact environnemental devient de plus en plus important dans l’industrie automobile, ce qui pousse les constructeurs à réduire les émissions de CO2 à travers une motorisation propre et à travers l’allègement des structures. Les matériaux composites, associant légèreté et résistance mécanique, présentent une bonne alternative aux aciers standards avec une réduction de masse considérable, soit 40% de la masse moyenne de la caisse en blanc. L’objectif principal de notre étude est l’application des matériaux bio-composites dans la structure automobile.Pour répondre aux différentes exigences mécaniques, thermiques et économiques, le premier objectif de ce travail est de développer un matériau composite hybride à base de deux fibres naturelles ayant des caractéristiques complémentaires permettant d’optimiser les performances du composite, tout en garantissant une homogénéité de son comportement mécanique. Le second objectif concerne l’élaboration d’un outil numérique qui permettrait un pré-dimensionnement rapide de structures qui prend en compte les particularités de ce type de matériau composite hybride. En effet, les exigences et les demandes au sein de l’industrie automobile évoluent rapidement et d’une manière continue, il est nécessaire de pouvoir produire une réponse rapide et à moindre frais. Les campagnes expérimentales sont souvent longues et coûteuses pour des matériaux sensibles et encore plus quand ces derniers sont influencés par les conditions environnementales.

Mots clés: composite materials; natural fibers; hybrid composite; homogenization; thermocompression

Mots clés: matériaux composites; fibres naturelles; composite hybride; homogénéisation; thermocompression

Domaines: Matériaux et structures en mécanique [physics.class-ph]

Wassim Guerfala, Patrick Rozycki, Christophe Binetruy. Elaboration de bio-composites hybride à matrice thermoplastique : formulation optimale et modélisation du comportement dynamique en vue d'une application pour pièces de structure dans l'automobile. 21ème Journées Nationales sur les Composites, École Nationale Supérieure d'Arts et Métiers (ENSAM) - Bordeaux, Jul 2019, Bordeaux, Talence, France. ⟨hal-02420711⟩