PhD 6 CARACTÉRISATION DU COMPORTEMENT HYGRO

PhD 6
« CARACTÉRISATION DU COMPORTEMENT
HYGRO-MÉCANIQUE DES PANNEAUX COMPOSITES
À BASE DE BOIS FINIS ET ASYMÉTRIQUES »
Par
BEN AMOR Anis
Ingénieur diplômé de l`École Supérieure du Bois – Nantes, France
Master Sciences du Bois – Université Bordeaux 1, France
Étudiant en Doctorat Sciences du Bois- Université Laval- Québec, Canada
PLAN
1. Cadre de l`étude
2. Problématique et objectifs
3. Éléments de bibliographie
4. Modélisation
Cadre de l`étude
Travaux antérieurs :
1. Modélisation du gauchissement hygro – mécanique des panneaux
MDF, GANEV 2002
2. Caractérisation du comportement des lames de plancher
d`ingénierie, BLANCHET 2004
Encadrement :
Directeur : Alain CLOUTIER
Co- Directeur : Robert BEAUREGARD
PLAN
1. Cadre de l`étude
2. Problématique et objectifs
3. Éléments de bibliographie
4. Modélisation
S
E
U
L
E
F
I
N
I
T
I
O
N
Problématique
Raison économique
Substrat
Panneau de MDF
ou de particules
Tendance industrielle
Finition asymétrique
Transport
(État transitoire)
Gradient d`humidité
Distribution de teneur en humidité
et de contrainte non uniforme
Gauchissement
Objectifs
Général :
9 Améliorer la connaissance du comportement hygro-mécanique
des panneaux composites finis et asymétriques
Spécifiques:
9 Évaluer les performances des produits de finition et des
procédés en termes de stabilité dimensionnelle
9 Établir un modèle mécanique du comportement de panneaux
composites finis et asymétriques
9 Définir les conditions et les limites d'utilisation des revêtements
les plus adaptés avec la mélamine et le foil -->panneau le plus
balancé
PLAN
1. Cadre de l`étude
2. Problématique et objectifs
3. Éléments de bibliographie
4. Modélisation
Matériaux concernés
Substrat
Panneau de particules
1.
2.
Panneau de fibres de
3.
moyenne densité ( MDF ) 4.
5.
Revêtements
Mélamine
Foil
Placage de bois
Vinyle thermoplastique
Laque
Gauchissement des panneaux
Déformation selon
l`axe transversal
Panneau à plat,
mais déformé
le long des cotés
Déformation dans le sens
de la longueur
Les bords
s`incurvent
en dehors
du plan horizontal
Les différents types de gauchissement (GANEV 2002)
Présentation de la MEF
Principales étapes constituant la méthode des éléments finis
schéma adapté de DHATT et TOUZOT (1981)
Formulation
d`équations
Système physique
Lois de physique
Équations différentielles
partielles
Transformation des
équations
Résolution
numérique
Discrétisation par les éléments
finis (temps et espace)
Approximation des fonctions
inconnues par éléments finis
(relations matricielles)
Système d`équations
algébriques
Solution
approximée
Résolution numérique du
système
PLAN
1. Cadre de l`étude
2. Problématique et objectifs
3. Éléments de bibliographie
4. Modélisation
Équations à considérer
1. Loi de transfert de masse en régime transitoire appliquée dans
les couches constituant le panneau brut et les finitions
(CLOUTIER et al., 2001) :
r
d b ∂M r
.
+ ∇.( − K M .∇ M ) = 0
100 ∂t
avec
K
M
=
D
.d b
100
db: densité basale (kg m-3)
D: tenseur du coefficient de diffusion effective (m2 s-1)
KM : tenseur du coefficient de diffusivité effective (kg m-1 s-1 % -1)
M: teneur en humidité du bois en pourcentage(kg eau kg-1 bois anydre x
100)
t: temps (s)
2. Loi de Hooke adaptée à la présence d`un gradient
d`humidité: σ ij = C.(γ − β .∆M )
3. Loi d`équilibre du modèle: ∇.σ = 0
Avec : σ : tenseur des contraintes (Pa)
β: coefficient d`expansion hygroscopique (retrait
/gonflement)
C: matrice de rigidité
Les déformations (γ) sont reliées aux déplacements(U) par
cette relation :
⎛
⎞
γ
ij
=
1 ⎜ ∂ U
2 ⎜⎝ ∂ x
i
j
+
∂ U
∂ x
j
i
⎟
⎟
⎠
Premier cas à modéliser
Ce produit est en état transitoire, il sera destiné à un client industriel qui
appliquera sur la face inférieure du panneau une autre finition
Échange d`humidité par la
face supérieure
Mélamine
ou foil
Plan ZX
Uy = 0
Z
Panneau de
fibres ou de
particules
Y
Plan ZY
Ux =0
Uz=0
X
Échange d`humidité par la
face inférieure
Deuxième cas à modéliser
Pour des raisons économiques, ce produit est destiné à l`usage dans des
conditions climatiques nord-américaines
Échange d`humidité par la
face supérieure
Placage de
bois
Plan ZX
Uy = 0
Z
Panneau de
fibres ou de
particules
Y
Plan ZY
Ux =0
Uz=0
X
Échange d`humidité par la
face inférieure
Troisième cas à modéliser
Ce panneau est fini de façon asymétrique: les deux finitions appliquées sont
différentes pouvant engendrer un gauchissement permanent
1. la mélamine
2. le foil
3. le placage de bois
4. le vinyle thermoplastique
5. la laque
Échange d`humidité par la
face supérieure
Finition i
i = 1 ou 2
Plan ZX
Uy = 0
Panneau de
fibres ou de
particules
Z
Plan ZY
Ux =0
Uz=0
Y
X
Finition j
j = 1,..5 et i ≠ j
Échange d`humidité par la
face inférieure
Conclusion
ƒ Aspect mixte du sujet : modélisation et
expérimentation
ƒ Modélisation du comportement hygromécanique de nouveaux matériaux
Amélioration de
la qualité des
produits à base
de bois
Amélioration du
design des produits
d`ingénierie
Encouragement pour
développer de
nouvelles tendances
industrielles
Références bibliographiques
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d`ingénierie. Thè
Thèse pré
présenté
sentée au
Département des sciences du bois de l`Université
l`Université LavalLaval- Qué
Québecbec- Canada
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Modélisation du procé
procédé de lamination des panneaux de fibres et de particules.fiche
technique de projet
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chargement
thermomé
é
canique
:
aptitude
au
postformage,
,
thé
é
se
cotutelle
entre
Université
é
Bordeaux1thermom
postformage th
Universit Bordeaux1-France et Université
Université
Laval –Qué
Québecbec-Canada,
Canada,
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