Simulation of the diffusion of water in a bi-material assembly: what condition at the interface?

Simulation de la diffusion d'eau dans un assemblage bi-matériaux : quelle condition à l'interface ?

Julie Cocaud (1) , Amandine Célino (1) , Sylvain Fréour (1) , Frédéric Jacquemin (1) , Patrick de Luca (2)

1 GeM - Institut de Recherche en Génie Civil et Mécanique
2 ESI Group

The aim of this work is to model the kinetics obtained for a co-cured multi-composite material from those identified foreach of the isolated materials. The simulated kinetics will be compared with experimental data. Two experimental campaigns were carried out under the same environmental conditions (70°C, 85% H.R.): the first one enabled to obtain the kinetics of composite materials A and B, andthe second, the one of the copolymerized bi-material AB. In order to predict water diffusion within multi-material assemblies, a numerical approach based on the finite difference method (FDM) has been developedand optimized. In the end, a good correlation was obtained between the experimental results and the numerical simulations.It takes into account two conditions at the interface: a jump in water content and a continuity of the mass flow of water. An initial simulation underestimated the experimental results. But considering the variability of the diffusive parameters of mono-materials, it has been possible to get closer to experimental kinetics. Then, even better results were obtained by considering an interphase between the composite layers.

Le but de ce travail est de modéliser la cinétique obtenue pour un matériau multi-composites cocuits à partir de celles identifiées pour chacun des matériaux seuls. La cinétique simulée sera comparée à des données expérimentales. Une campagne expérimentale a été mise en place, dans des conditions environnementales sévères(70°C, 85%H.R.). Elle a permis d'obtenir la cinétique des matériaux composites A et B seuls ainsi que celle du bi-matériaux copolymérisé AB. Afin de prédire la diffusion d’eau au sein d’un assemblage multi-matériaux, une approche numérique basée sur la méthode des différences finies (MDF) a été développée.Cette dernière prend en compte deux conditions à l’interface: un saut de teneur en eau et une continuité du flux massique d’eau. Une simulation initiale a sous-estimé les résultats expérimentaux. Mais, en prenant en compte la variabilité des paramètres diffusifs des mono-matériaux, il a été possible de se rapprocher davantage de la cinétique expérimentale. Puis, d’encore meilleurs résultats ont été obtenus en considérant ensuite l’existence d’une interphase entre les couches de composites

Mots clés: multi-material; Water diffusion; non-Fickian identification; interface; finite differences

Mots clés: Diffusion d’eau; multi-matériaux; interface; identification non-Fickienne; différences finies

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

Julie Cocaud, Amandine Célino, Sylvain Fréour, Frédéric Jacquemin, Patrick de Luca. Simulation de la diffusion d'eau dans un assemblage bi-matériaux : quelle condition à l'interface ?. 21ème Journées Nationales sur les Composites, École Nationale Supérieure d'Arts et Métiers (ENSAM) - Bordeaux, Jul 2019, Bordeaux, Talence, France. ⟨hal-02420737⟩