Cost-effective manufacturing has become the primary objective for many industries using composite materials in primary structures. To realize this objective, it is often desired to use process modelling, as it helps understand the interaction between the parameters affecting the product quality. Among the multitude of phenomena occurring during composites processing, resin flow is a critical issue. It affects the fibre volume fraction distribution, the mechanical properties of the laminate and the final dimensions of the part. For thermoset matrix composites, the percolation flow approach is typically used to model flow and compaction. In this approach, the resin flows relative to the fibres and the flow has to be coupled with the fibre bed compaction behaviour to obtain the final shape of the laminate.

In the present work, a percolation flow-compaction model is implemented in a two-dimensional finite element processing model for complex shapes such as angles or hat sections. Material properties required for the flow-compaction model, such as resin viscosity and the fibre bed compaction curve are measured for two carbon-epoxy composites:​ AS4/3501-6 and AS4/8552. An experimental technique to measure the fibre bed compaction curve directly from the prepreg is presented. The fibre bed compaction curves are validated with results from uniaxial compaction tests. The flow-compaction model is used to study the effect of a variation of the material properties on the compaction of angle laminates. The results from this sensitivity analysis show that the compaction curve significantly affects the final laminate thickness while the fibre bed shear modulus controls the ability of the fibres to conform to a curvilinear shape.

A series of angle laminates were cured to study the effect of fibre orientation, bagging conditions, material and tool type on compaction behaviour. Simulations of the angle laminates in bleed conditions are in good agreement with the experiments. However, the model does not predict the experimentally observed magnitude of the deformation at the corner of the [90°] layup. This behaviour is attributed to shear flow, where the fibres and the resin move together as a very viscous anisotropic fluid.

Direct observations of the compaction behaviour during transverse flow are presented. They confirm the kinematic relations used in shear flow theory and show that friction is present at the plate-laminate interface. Next, the conditions required to produce percolation or shear flow are investigated in a simple uniaxial compaction experiment. Fibre orientation and resin viscosity are the primary variables determining the dominant flow mechanism. Shear flow is primarily affected by the fibre orientation and occurs essentially in the direction perpendicular to the fibres. Percolation flow depends on the resin viscosity and occurs mainly in the direction where shear flow is not possible.

L'optimisation des couts de fabrication est le principal objectif des compagnies qui veulent concevoir des structures mecaniques primaires en utilisant des materiaux composites. Cet objectif peut etre atteint en effectuant 1'analyse des procedes de fabrication a l'aide de modeles mathematiques. Ces modeles permettent d'etudier l'ecoulement de la resine qui est un des mecanismes importants de la mise en forme des composites. En effet, ce mecanisme influence la distribution du pourcentage volumique des fibres dans le stratifie, les proprietes du stratifie et les dimensions de la piece. Pour les composites a matrice thermodurcissable, on suppose que la resine s'ecoule relativement aux fibres. Ainsi, la deformation du stratifie est obtenue en couplant l'ecoulement de la resine a la compressibilite du reseau de fibres.

Dans ce travail, pour tenter de repondre a la modelisation mathematique des procedes de fabrication, un modele d'ecoulement est incorpore a un programme d'elements finis 2-D. Ce modele s'applique a l'analyse de stratifies a forme complexe, par exemple des profiles en L. Une nouvelle methode est developpee pour mesurer la courbe de compaction directement a partir du pre-impregne. Cette methode est appliquee a deux types de composites carbone-epoxy:​ les composites AS4/3501-6 et AS4/8552. Les courbes de compaction obtenues sont validees grace a des essais uniaxes de compression. Une etude parametrique est ensuite effectuee afin de verifier 1'effet de la variation des proprietes du materiau sur la compaction de profiles en L. A partir de ces etudes, nous avons trouve que :​ i) la courbe de compaction est le parametre principal controlant l'epaisseur du stratifie et ii) le module de cisaillement du reseau de fibres influence la facilite avec laquelle le stratifie se deforme dans le coin du profile.

Des profiles en L sont fabriques afin d'etudier l'effet :​ i) de l'orientation des fibres, ii) des conditions de moulage, iii) du materiau et iv) du type de moule sur la compaction du stratifie. Les simulations utilisant le modele d'elements finis donnent des resultats qui concordent bien avec ceux des experiences. Par contre, le modele developpe ne peut predire 1'amplitude des deformations observees au coin des stratifies ayant les fibres orientees a 90°. Cette deformation est plutot causee par un mode d'ecoulement appele ecoulement par cisaillement. Dans ce cas, les fibres et la resine s'ecoulent ensemble a la maniere d'un liquide anisotrope tres visqueux.

L'observation de la deformation de stratifies soumis a un ecoulement transversal a permis de verifier la validite des hypotheses formulees a partir des modeles developpes pour ce type d'ecoulement. Cette experience indique la presence de frottement a l'interface entre le stratifie et le moule. Les conditions favorisant un type d'ecoulement par rapport a un autre sont etudiees grace a un essai simple de compression uniaxe. L'orientation des fibres et la viscosite de la resine sont les variables qui influencent le mechanisme d'ecoulement observe. L'ecoulement par cisaillement est principalement influence par l'orientation des fibres et se produit perpendiculairement aux fibres. L'ecoulement de la resine depend essentiellement de sa viscosite et a principalement lieu dans la direction ou l'ecoulement par cisaillement est impossible.