dimensionnement des structures composites -...

28
DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES COMPOSITES - GENERALITES INTRODUCTION Q U EST - CE QU UN COMPOSIT E ? T YPES DE COMPOSITES P OURQUOI DES COMPOSIT ES ? L E S COMPOSIT ES LES PLUS RÉPANDUS : LES CMO LOIS DE COMPORTEMENT DES S TRATIFIES COMPOS ITES R APPEL : M ATÉRIAU MÉTALLIQUE M AT ÉRIAU COMPOSIT E M AT ÉRIAU COMPOSIT E ORT HOT ROPE DIMENS IONNEMENT EN S TATIQUE C RITÈRE DE RUPTURE D UN ST RATIFIÉ LISSE D IMENSIONNEMENT EN ZONE TROUÉE D UN ST RATIFIÉ COMP OSITE D IMENSIONNEMENT À L IMP ACT P RISE EN COMPTE DE L ENVIRONNEMENT : T EMPÉRATURE ET VIEILLISSEMENT HUMIDE P RISE EN COMPTE LA VARIABILIT É EN STATIQUE DIMENSIONNEMENT EN FATIGUE/TOLÉRANCE AUX DOMMAGES F ATIGUE T OLÉRANCE AUX DOMMAGES – P ROGRAMMES D INSPECTION DES ST RUCTURES COMP OSIT ES . D’AUTRES NOTIONS « COMPOSITES » I NTRODUCTION L ES TECHNOLOGIES DE FABRICATION C ONT RAINTES DE CONCEPTION Q UELQUES APPLICATIONS DES COMPOSIT ES EN AÉRONAUT IQUE CIVILE Q UELQUES APPLICATIONS DES COMPOSIT ES EN AÉRONAUT IQUE CIVILE

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ane

flex

ion

(qui

indu

itno

tam

men

tune

défo

rmat

ion

hors

plan

dust

ratif

iéso

usl’a

ctio

nun

cou

plag

e m

embr

ane-

flex

ion

(qui

indu

it no

tam

men

t une

déf

orm

atio

n ho

rs p

lan

du st

ratif

ié s

ous l

actio

nde

s co

ntra

inte

s th

erm

ique

s rés

idue

lles

aprè

s po

lym

éris

atio

n).

- O

rient

atio

n de

s pl

is :

la q

uasi

-tota

lité

des

stra

tifié

s m

is e

n œ

uvre

dan

s l’i

ndus

trie

sont

des

em

pile

men

ts d

edi

ffér

ents

plis

dan

s se

ulem

ent q

uatr

e di

rect

ions

: 0°/

45°/

-45°

/90°

.p

q-

Il es

t alo

rs p

ossi

ble

de d

éter

min

er le

s car

acté

rist

ique

s (M

odul

e d’

You

ng, M

odul

e de

cis

aille

men

t,co

effic

ient

s de

Poi

sson

, rés

ista

nces

) d’u

n te

l stra

tifié

en

fonc

tion

des

cara

ctér

istiq

ues

de l’

unid

irec

tionn

el d

eba

se e

t des

pou

rcen

tage

s de

plis

dan

s ch

acun

e de

s di

rect

ions

0°/

45°/

-45°

/90°

. C

es c

arac

téris

tique

s pe

uven

têt

re é

tabl

ies e

n pr

atiq

ue p

ar la

théo

rie d

es s

tratif

iés (

qui d

épas

se le

cad

re d

e ce

cou

rs) o

u gr

âce

à de

sab

aque

s.

Page 11: DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES COMPOSITES - …jerome.massol2.free.fr/Files/...aero_composites.pdf · matrice (organique, métallique ou céramique) renforcée par des fibres (fibres

- Ex

empl

es d

’aba

ques

:

Ex 100%

Gxy

S

% à

+-4

% à

+-0

°

50%

0%10

0%50

%0%

% à

90°

0%50

%10

0%%

à +

-45°

0%50

%10

0%

NB

: Les

aba

ques

don

nant

les

rési

stan

ces

en tr

actio

n et

com

pres

sion

sen

s x

ont u

ne a

llure

tout

à fa

it an

alog

ue à

celle

de

l’ab

aque

don

nant

le m

odul

e d’

You

ng s

ens l

ong

Ex.

Page 12: DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES COMPOSITES - …jerome.massol2.free.fr/Files/...aero_composites.pdf · matrice (organique, métallique ou céramique) renforcée par des fibres (fibres

Allu

re d

es a

baqu

es d

onna

nt le

coe

ffic

ient

de

Pois

son

ν xy:

νxy

100%

50%

0%

0%%

à 9

% à

0%50

%10

0%

100%50

%

% à

+-4

5°0%

50%

100%

Page 13: DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES COMPOSITES - …jerome.massol2.free.fr/Files/...aero_composites.pdf · matrice (organique, métallique ou céramique) renforcée par des fibres (fibres

DIM

ENSI

ON

NE

ME

NT

EN

STA

TIQ

UE

Cri

tère

de

rupt

ure

d’un

stra

tifié

liss

e

Con

train

tes

etdé

form

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nsda

nsle

spl

isC

ontra

inte

s et

déf

orm

atio

ns d

ans l

es p

lis

Con

sidé

rons

un

stra

tifié

liss

e so

umis

à :

- un

flux

d’e

ffor

t Nx

selo

n x

- un

flux

d’e

ffor

t Ny

selo

n y

- un

flux

de

cisa

illem

ent N

xyyN

xy

xy

Nx

Ny

Ces

eff

orts

indu

isen

t des

déf

orm

atio

ns ε

x, ε

y et

γxy

dan

s le

stra

tifié

.

Page 14: DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES COMPOSITES - …jerome.massol2.free.fr/Files/...aero_composites.pdf · matrice (organique, métallique ou céramique) renforcée par des fibres (fibres

Ces

déf

orm

atio

ns so

nt c

omm

unes

à to

utes

les

couc

hes

du st

ratif

ié ta

nt q

ue c

elle

s-ci

sont

solid

aire

s en

tre

elle

sel

les.

En re

vanc

he, l

es c

ontr

aint

es σ

x, σ

y et

τxy

son

t di

ffér

ente

s d’

une

couc

he à

l’au

tre ,

pui

sque

les

mod

ules

sont

diff

éren

ts.

Crit

ère

de ru

ptur

e

Les

critè

res

de ru

ptur

e de

s st

ratif

iés l

isse

s po

rtent

sur l

es c

ontr

aint

es q

ui rè

gnen

t au

sein

de

chaq

ue c

ouch

e.Il

exis

te p

lusi

eurs

crit

ères

de

rupt

ure

des

stra

tifié

s lis

ses,

par

mi l

esqu

els l

e pl

us e

mpl

oyé

est l

e cr

itère

de

Hill

dont

la fo

rmul

atio

n es

t la

suiv

ante

:

22

2tl

2lt

2

tt2

ll

lR

SR

Rh

σσ

−⎟ ⎠⎞

⎜ ⎝⎛τ+

⎟⎟ ⎠⎞⎜⎜ ⎝⎛

σ+

⎟⎟ ⎠⎞⎜⎜ ⎝⎛

σ=

- R

l : C

ontr

aint

e à

rupt

ure

sens

long

-

Rt :

Con

trai

nte

à ru

ptur

e se

ns tr

aver

s -

S:R

ésis

tanc

eau

cisa

illem

ent

S

: Rés

ista

nce

au c

isai

llem

ent

- σ

l, σ

t et τ

lt so

nt le

s con

train

tes s

ens l

ong,

sens

trav

ers

et c

ontra

inte

de

cisa

illem

ent d

ans l

e re

père

d’or

thot

ropi

e de

la c

ouch

e co

nsid

érée

.

NB

: Le

s rés

ista

nces

à ru

ptur

e R

l et R

t dép

ende

nt d

e la

solli

cita

tion

(trac

tion

ou c

ompr

essi

on).

Page 15: DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES COMPOSITES - …jerome.massol2.free.fr/Files/...aero_composites.pdf · matrice (organique, métallique ou céramique) renforcée par des fibres (fibres

Dim

ensi

onne

men

t en

zone

trou

ée d

’un

stra

tifié

com

posi

tez

fp

Md

dt

Mod

es d

e ru

ptur

e

Rup

ture

en

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age

Rup

ture

en

sect

ion

nette

F

épai

sseu

r : e

Ova

lisat

ion

du tr

ouR

uptu

re d

u st

ratif

ié a

u dr

oit d

e la

fixa

tion

Page 16: DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES COMPOSITES - …jerome.massol2.free.fr/Files/...aero_composites.pdf · matrice (organique, métallique ou céramique) renforcée par des fibres (fibres

Rup

ture

en

mat

age

pg

La ru

ptur

e en

mat

age

se p

rodu

it lo

rsqu

e le

s co

ntra

inte

s lo

cale

s en

gend

rées

par

l’ef

fort

pass

ant p

ar la

fixa

tion

dépa

ssen

t la

limite

adm

issi

ble

en m

atag

e du

mat

éria

u.p

gLa

rupt

ure

en m

atag

e es

t car

acté

risée

par

une

con

trai

nte

adm

issi

ble

de m

atag

e , q

ui e

st u

ne g

rand

eur

intri

nsèq

ue d

u m

atér

iau

(ind

épen

dant

e du

dra

page

du

stra

tifié

).

Rup

ture

en

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age

:ad

mis

sibl

em

me.F

σ≥

Φ=

σ

Rup

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en

bord

de

trou

Con

sidé

rons

unst

ratif

iéco

mpo

site

soum

isà

une

cont

rain

tem

oyen

neà

l’inf

iniσ

C

onsi

déro

ns u

n st

ratif

ié c

ompo

site

sou

mis

à u

ne c

ontra

inte

moy

enne

à l

infi

ni σ

∞ .

Ce

stra

tifié

com

porte

un

trou

de d

iam

ètre

Φ d

ans l

eque

l est

pla

cée

une

fixa

tion.

L’e

ffor

t pas

sant

par

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xatio

nes

t not

é F.

Le g

raph

ique

ci-

dess

ous m

ontre

l’al

lure

du

prof

il de

sur

-con

trai

nte

en b

ord

de tr

ou.

Page 17: DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES COMPOSITES - …jerome.massol2.free.fr/Files/...aero_composites.pdf · matrice (organique, métallique ou céramique) renforcée par des fibres (fibres

F

σm

ax

5 Φ

Φ

épai

sseu

r : e

σ∞

On

cons

tate

exp

érim

enta

lem

ent q

ue c

es s

ur-c

ontr

aint

es n

’int

éres

sent

qu’

une

parti

e de

la p

laqu

e, li

mité

e à

une

larg

eurd

e5

Φau

tour

dutro

ula

rgeu

r de

5.Φ

auto

ur d

u tro

u.Le

s m

étho

des

de d

imen

sion

nem

ent d

es z

ones

trou

ées

dans

du

com

posi

te so

nt d

es m

étho

des

sem

i-em

piri

ques

qui c

onsi

sten

t à é

valu

er la

con

train

te m

axim

ale

en b

ord

de tr

ou σ

max

et à

la c

ompa

rer à

la c

ontr

aint

e m

axim

ale

adm

issi

ble

σad

mdu

stra

tifié

e(d

éter

min

éepa

rle

critè

rede

Hill

).ad

mis

sibl

e ad

mdu

stra

tifié

e (d

éter

min

ée p

ar le

crit

ère

de H

ill).

La c

ontra

inte

max

imal

e en

bor

d de

trou

σm

ax e

st o

bten

ue p

ar l’

expr

essi

on su

ivan

te :

⎟ ⎠⎞⎜ ⎝⎛

σ+

σ=

σ∞

mm

ax.

Km

45 .K

t1

Page 18: DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES COMPOSITES - …jerome.massol2.free.fr/Files/...aero_composites.pdf · matrice (organique, métallique ou céramique) renforcée par des fibres (fibres

- K

t dés

igne

le c

oeff

icie

nt d

e tro

u (d

éter

min

é pa

r ess

ais)

Km

dési

gne

leco

effi

cien

tde

mat

age

(dét

erm

iné

pare

ssai

s)-

Km

dés

igne

le c

oeff

icie

nt d

e m

atag

e (d

éter

min

é pa

r ess

ais)

- σ

m d

ésig

ne la

con

trai

nte

de m

atag

e e.F

Rem

arqu

es

1)

Le c

oeff

icie

nt 5

/4 p

rend

en

com

pte

l’eff

et d

e se

ctio

n ne

tte: T

out s

e pa

sse

com

me

si la

pla

que

avai

t une

)p

pp

pq

larg

eur d

e 5.

Φ, s

oit d

onc

une

larg

eur t

rava

illan

te q

ui n

’est

plu

s que

de

4.Φ

au

droi

t du

trou.

2)

Le c

oeff

icie

nt K

t dép

end

:-

En tr

actio

n : d

u di

amèt

re d

u tro

u et

du

rapp

ort E

x/G

xy d

u st

ratif

ié-

En c

ompr

essi

on :

uniq

uem

ent d

u ra

ppor

t Ex/

Gxy

du

stra

tifié

3)

Le c

oeff

icie

nt K

m d

épen

d (f

aibl

emen

t, de

l’or

dre

de q

uelq

ues

pour

-cen

t) d

e la

con

train

te d

e m

atag

e σ

m

Dim

ensi

onne

men

t à l’

impa

ct

Du

fait

dele

urco

mpo

rtem

entg

loba

lem

ent"

frag

ile"(

abse

nce

dedo

mai

nepl

astiq

ue)e

tde

leur

faib

les

Du

fait

de le

ur c

ompo

rtem

ent g

loba

lem

ent

frag

ile (a

bsen

ce d

e do

mai

ne p

last

ique

) et d

e le

ur fa

ible

sca

ract

éris

tique

s tra

nsve

rses

(en

Z), l

es st

ratif

iés c

ompo

site

s à m

atri

ce o

rgan

ique

son

t vul

néra

bles

àl'e

ndom

mag

emen

t pa

r im

pact

.L'

impa

ct a

pou

r eff

et d

e cr

éer d

es d

élam

inag

es(d

écoh

ésio

n de

s pl

is) d

ans l

'épa

isse

ur d

u st

ratif

ié, q

ui s

ep

pg

(p

)p

,qtra

duis

ent p

ar u

ne p

erte

de

rési

stan

ce tr

ès se

nsib

le e

n co

mpr

essi

on (m

icro

-fla

mba

ge d

es p

lis),

et b

eauc

oup

moi

ns se

nsib

le e

n tr

actio

n (la

per

te d

e te

nue

en tr

actio

n es

t lié

e à

la ru

ptur

e de

s fib

res)

.

Page 19: DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES COMPOSITES - …jerome.massol2.free.fr/Files/...aero_composites.pdf · matrice (organique, métallique ou céramique) renforcée par des fibres (fibres

Proc

essu

s d’

endo

mm

agem

ent

Rés

ista

nce

rési

duel

le

Dél

amin

ages

inte

rnes

Impa

cteu

r

ssionNon

vis

ible

face

opp

osée

Prog

ress

ion

des

déla

min

ages

Vis

ibili

téfa

ceop

posé

e

uelle en compre

Vis

ible

face

opp

osée

Vis

ible

Vis

ibili

té fa

ce o

ppos

ée

Vis

ibili

té fa

ce im

pact

ée

ésistance résidu

Perfo

ratio

n

En

ergi

e d’

impa

ct

Pour

teni

r com

pte

de c

ette

vul

néra

bilit

é à

l'im

pact

, il e

st n

éces

sair

e de

dém

ontre

r la

tenu

e de

la s

truct

ure

aux

Cha

rges

Ext

rêm

es e

n pr

ésen

ce d

u do

mm

age

d'im

pact

le p

lus i

mpo

rtant

susc

eptib

le d

e ne

pas

êtr

e dé

tect

é pa

rle

s pr

océd

ures

d'in

spec

tion

mis

es e

n pl

ace

en e

xplo

itatio

n.

Ce

dom

mag

e es

t app

elé

le B

VID

, pou

r Bar

ely

Vis

ible

Impa

ct D

amag

e.

Page 20: DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES COMPOSITES - …jerome.massol2.free.fr/Files/...aero_composites.pdf · matrice (organique, métallique ou céramique) renforcée par des fibres (fibres

NB

: En

fonc

tion

de l'

épai

sseu

r de

la st

ruct

ure

cons

idér

ée, l

e se

uil d

e dé

tect

abili

té (c

orre

spon

dant

géné

rale

men

tàun

certa

inen

fonc

emen

tpui

sque

les

proc

édur

esd'

insp

ectio

nso

ntle

plus

souv

entu

niqu

emen

tgé

néra

lem

ent à

un

certa

in e

nfon

cem

ent p

uisq

ue le

s pr

océd

ures

din

spec

tion

sont

le p

lus

souv

ent u

niqu

emen

tvi

suel

les)

peu

t cor

resp

ondr

e à

une

éner

gie

d'im

pact

très

éle

vée,

et q

ui n

'est

pas

repr

ésen

tativ

e de

s co

nditi

ons

d'ut

ilisa

tion

de l'

avio

n.O

nco

nsid

ère

donc

,pou

rles

dom

mag

esd'

impa

ctà

sim

uler

surl

ast

ruct

ure

lors

dela

just

ifica

tion

desC

harg

esO

n co

nsid

ère

donc

, pou

r les

dom

mag

es d

impa

ct à

sim

uler

sur l

a st

ruct

ure

lors

de

la ju

stifi

catio

n de

s Cha

rges

Extrê

mes

, une

lim

itatio

n ré

alis

te d

'éne

rgie

, aux

ale

ntou

rs d

e 50

J (v

aleu

r à a

grée

r ave

c le

s au

torit

és d

ece

rtific

atio

n).

ncement

Lim

ite d

e dé

tect

abili

Limite

Enfon

réaliste d’énergie

e1e2

e3 e4

43

21

Ener

gie

d’im

pacte

e4>

e3>e

2>e1

Page 21: DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES COMPOSITES - …jerome.massol2.free.fr/Files/...aero_composites.pdf · matrice (organique, métallique ou céramique) renforcée par des fibres (fibres

Pris

e en

com

pte

de l’

envi

ronn

emen

t: T

empé

ratu

re e

t vie

illis

sem

ent h

umid

ep

p

Tem

péra

ture

Une

aug

men

tatio

n de

tem

péra

ture

eng

endr

e gé

néra

lem

ent u

ne p

erte

de

rési

stan

ce m

écan

ique

des

stra

tifié

s à

mat

rice

orga

niqu

e. Il

est

don

c né

cess

aire

pou

r le

dim

ensi

onne

men

t de

cons

idér

er le

ii

éi

ib

il

d’ili

i(

dd

cara

ctér

istiq

ues

méc

aniq

ues

du m

atér

iau

obte

nues

pou

r la

tem

péra

ture

max

imal

e d’

utili

satio

n (o

rdre

de

gran

deur

: 70

°C).

Vie

illis

sem

ent h

umid

e

Les

mat

rice

s or

gani

ques

sont

en

géné

ral h

ydro

phile

s : e

lles

ont t

enda

nce

à ab

sorb

er d

e l’e

au. C

ette

abs

orpt

ion

d’hu

mid

itéen

gend

re u

ne p

erte

de

rési

stan

ce m

écan

ique

(not

amm

ent p

our l

es m

odes

de

rupt

ures

sol

licita

ntg

(p

pla

mat

rice)

, et i

l est

don

c né

cess

aire

pou

r le

dim

ensi

onne

men

t de

cons

idér

er le

s car

acté

ristiq

ues

méc

aniq

ues

du m

atér

iau

obte

nues

à l’

état

Vie

illi H

umid

e (u

ne c

ondi

tion

acce

ptab

le e

st la

sat

urat

ion

obte

nue

dans

une

atm

osph

ère

à 70

°C, 8

5%H

R).

Pris

e en

com

pte

la v

aria

bilit

é en

stat

ique

Pour

teni

rcom

pte

des

disp

ersi

onsi

ntri

nsèq

uesa

um

atér

iau

tout

esle

sva

leur

sad

mis

sibl

esdo

iven

têtre

étab

lies

Pour

teni

r com

pte

des

disp

ersi

ons i

ntri

nsèq

ues a

u m

atér

iau,

tout

es le

s va

leur

s ad

mis

sibl

es d

oive

nt ê

tre é

tabl

ies

en v

aleu

r B (v

aleu

r dép

assé

e da

ns 9

0% d

es c

as, e

t cec

i ave

c un

e co

nfia

nce

de 9

5%).

Page 22: DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES COMPOSITES - …jerome.massol2.free.fr/Files/...aero_composites.pdf · matrice (organique, métallique ou céramique) renforcée par des fibres (fibres

DIM

ENSI

ON

NE

ME

NT

EN

FAT

IGU

E/T

OLE

RA

NC

E A

UX

DO

MM

AG

ES

Fat

igue

De

nom

breu

ses

étud

es e

t exp

érim

enta

tions

ont

dém

ontr

é qu

e le

s str

uctu

res c

ompo

site

s org

aniq

ues s

ont

inse

nsib

les

à la

fatig

ue p

our d

es so

llici

tatio

ns re

prés

enta

tives

d’u

n sp

ectr

e «

avio

n »,

pou

r peu

que

cer

tain

esè

ld

tii

tli

éi

ità

évite

rde

séta

tsde

cont

rain

tetr

idim

ensi

onne

lsrè

gles

de

conc

eptio

n so

ient

app

liqué

es, q

ui v

isen

t à é

vite

r de

s éta

ts d

e co

ntra

inte

trid

imen

sion

nels

.

D’u

n po

int d

e vo

ie c

ertif

icat

ion,

il e

st to

utef

ois e

xigé

, san

s exp

érie

nce

préa

labl

e av

ec u

n co

ncep

t sim

ilair

e, d

edé

mon

trer

ladu

rée

devi

esu

reen

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uepa

ress

ais(

avec

unco

effi

cien

tsur

lesc

harg

espo

urte

nirc

ompt

ede

sdé

mon

trer

la d

urée

de

vie

sure

en

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ue p

ar e

ssai

s (av

ec u

n co

effi

cien

t sur

les c

harg

es p

our t

enir

com

pte

des

disp

ersi

ons)

.

Tolé

ranc

e au

x do

mm

ages

– P

rogr

amm

es d

’insp

ectio

n de

s str

uctu

res c

ompo

site

s.

La p

ropa

gatio

n d’

un d

omm

age

dans

une

stru

ctur

e co

mpo

site

est

ext

rêm

emen

t im

prob

able

. Il n

’est

tout

efoi

spa

s en

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geab

le d

e ne

jam

ais i

nspe

cter

les

stru

ctur

es c

ompo

site

s, c

ar a

lors

un

dom

mag

e ré

duis

ant l

id

ld

àd

Ch

êi

ddé

él

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éié

rési

stan

ce d

e la

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ctur

e en

deç

à de

s C

harg

es E

xtrê

mes

pou

rrai

t dem

eure

r non

dét

ecté

, et l

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veau

de

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rité

en v

ol d

es st

ruct

ures

com

posi

tes

pour

rait

alor

s êt

re in

férie

ur à

cel

ui d

es st

ruct

ures

mét

alliq

ues.

Page 23: DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES COMPOSITES - …jerome.massol2.free.fr/Files/...aero_composites.pdf · matrice (organique, métallique ou céramique) renforcée par des fibres (fibres

Dom

mag

e de

fatig

ue

résiduelle

CE

Stru

ctur

e co

mpo

site

Stru

ctur

e m

étal

lique

Tem

ps

Résistance r

CL

Impa

ct a

ccid

ente

l

Il d

onc

néce

ssai

re d

’éta

blir

un

prog

ram

me

d’in

spec

tion

des

stru

ctur

es e

n se

rvic

e, g

énér

alem

ent b

asé

sur

des

insp

ectio

ns v

isue

lles.

Ce

prog

ram

me

d’in

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est j

ustif

ié p

ar u

ne a

naly

se p

roba

bilis

te d

émon

tran

tl

id

éité

ldl

tt

ttj

tti

t(b

bilit

éd

t<

10-9

hd

que

le n

ivea

u de

sécu

rité

en v

ol d

e la

stru

ctur

e es

t tou

jour

s atte

int (

prob

abili

té d

e ru

ptur

e <

109

par h

eure

de

vol,

ce q

ui c

orre

spon

d à

une

rupt

ure

stru

ctur

ale

tous

les 1

0000

0 an

s de

vol

!).

Page 24: DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES COMPOSITES - …jerome.massol2.free.fr/Files/...aero_composites.pdf · matrice (organique, métallique ou céramique) renforcée par des fibres (fibres

D’A

UT

RES

NO

TIO

NS

« C

OM

POSI

TES

»

Intr

oduc

tion

En d

ehor

s de

s as

pect

s di

men

sion

nem

ent,

le c

once

pteu

r d’u

ne st

ruct

ure

com

posi

te d

oit a

voir

des

conn

aiss

ance

ssu

r les

tech

nolo

gies

de

fabr

icat

ion

et le

s co

ntra

inte

s de

con

cept

ion

liées

aux

par

ticul

arité

s de

s com

posi

tes.

Ildo

it«

pens

erco

mpo

site

»c’

està

dire

qe

sadé

mar

che

deco

ncep

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doit

inté

grer

:do

it «

pens

er c

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site

», c

’est

à d

ire

que

sa d

émar

che

de c

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ptio

n do

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tégr

er:

- le

cho

ix d

’une

tech

nolo

gie

de fa

bric

atio

n, q

ui o

rient

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les

mat

éria

ux e

t les

con

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s st

ruct

urau

x re

tenu

s-

une

conn

aiss

ance

des

crit

ères

de

rupt

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et d

es m

étho

des

de c

alcu

l des

com

posi

tes :

con

cept

ion

et c

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lso

ntin

timem

entl

iés

sont

intim

emen

t lié

s.-

des

notio

ns d

e co

ûts (

de fa

bric

atio

n, d

’ass

embl

age,

de

mai

nten

ance

, etc

) : l’

intro

duct

ion

d’un

e st

ruct

ure

com

posi

te e

n se

rvic

e n’

est p

ossi

ble

que

si u

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mpr

omis

tech

nico

-éco

nom

ique

ava

ntag

eux

est d

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tré.

Les t

echn

olog

ies d

e fa

bric

atio

n

Diff

éh

li

df

bi

id

ièi

ài

ldi

iid

Diff

éren

tes t

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ies

de fa

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atio

n de

piè

ces c

ompo

site

s à

mat

rice

org

aniq

ue so

nt à

la d

ispo

sitio

n du

conc

epte

ur, d

ont l

es p

lus

cour

ante

s so

nt c

itées

ci-

dess

ous :

Page 25: DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES COMPOSITES - …jerome.massol2.free.fr/Files/...aero_composites.pdf · matrice (organique, métallique ou céramique) renforcée par des fibres (fibres

Tech

nolo

gies

pou

r the

rmod

urci

ssab

les (

hors

RTM

)g

p(

)

- dr

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e m

anue

l de

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mpr

égné

+ p

olym

éris

atio

n en

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ocla

ve (c

ycle

tem

péra

ture

/ pr

essi

on)

- dr

apag

e au

tom

atiq

ue (m

achi

ne à

dra

per 5

axe

s) d

e pr

éim

prég

né +

pol

ymér

isat

ion

en a

utoc

lave

pg

q(

p)

pp

gp

y-

utili

satio

n de

mac

hine

à d

rape

r 6 a

xes

+ po

lym

éris

atio

n en

aut

ocla

ve-

plac

emen

t fila

men

taire

+ p

olym

éris

atio

n en

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ocla

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poly

mér

isat

ion

par b

omba

rdem

ent d

’un

fais

ceau

d’é

lect

rons

- et

c

Il co

nvie

nt d

’ajo

uter

à c

es te

chno

logi

es d

e ré

alis

atio

n d’

une

pièc

e ce

lles u

tilis

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pour

réal

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l’as

sem

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esde

deux

sous

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ents

d’un

est

ruct

ure

:de

deu

x so

us é

lém

ents

dun

e st

ruct

ure

:

- co

-cur

ing

: pol

ymér

isat

ion

sim

ulta

née

de d

eux

élém

ents

, ave

c ou

san

s int

erpo

sitio

n d’

un fi

lm d

’adh

ésif

stru

ctur

alst

ruct

ural

- co

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ding

: po

lym

éris

atio

n d’

un p

rem

ier é

lém

ent,

puis

col

lage

/pol

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ion

d’un

seco

nd é

lém

ent (

enun

e se

ule

phas

e).

Tech

nolo

gies

RTM

Lest

echn

olog

ies

RTM

(de

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Res

inTr

ansf

ertM

oldi

ng)c

onsi

sten

ten

l’im

prég

natio

npa

rde

laré

sine

Les t

echn

olog

ies

RTM

(de

l’ang

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Res

in T

rans

fert

Mol

ding

) con

sist

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n l’i

mpr

égna

tion

par d

e la

rési

neth

erm

odur

ciss

able

de

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s sec

s pl

acés

dan

s un

mou

le (a

vec

un c

ontr

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oule

, ou

une

vess

ie).

Les r

ésin

esut

ilisé

es é

tant

des

rési

nes t

herm

odur

ciss

able

s, u

ne p

hase

de

poly

mér

isat

ion

dem

eure

néc

essa

ire.

Page 26: DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES COMPOSITES - …jerome.massol2.free.fr/Files/...aero_composites.pdf · matrice (organique, métallique ou céramique) renforcée par des fibres (fibres

On

dist

ingu

e :

- Le

RTM

« c

lass

ique

» :

en g

énér

al u

n po

int d

’inj

ectio

n de

la ré

sine

et u

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int d

e pr

ise

de v

ide.

- Le

pro

cédé

LR

I (Li

quid

Res

in In

fusi

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les

poin

ts d

’inje

ctio

n et

de

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e de

vid

e so

nt m

ultip

les,

l’im

prég

natio

nde

rési

nese

fait

dans

lese

nsde

l’épa

isse

ur.

lim

prég

natio

n de

rési

ne s

e fa

it da

ns le

sen

s de

lép

aiss

eur.

- Le

pro

cédé

RFI

(Res

in F

ilm In

fusi

on) :

des

film

s de

rési

ne s

ont i

nter

posé

s en

tre

les

diff

éren

ts ti

ssus

et v

ont

infu

ser d

ans l

es ti

ssus

sous

l’ef

fet d

e la

tem

péra

ture

et d

e la

pre

ssio

n.

Tech

nolo

gies

ther

mop

last

ique

s

voie

tôle

rie

:con

solid

atio

nde

plaq

ues

que

l’on

peut

ensu

itefo

rmer

àch

aud

Poss

ibili

téd’

asse

mbl

erde

s-

voie

tôle

rie

: con

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atio

n de

pla

ques

que

lon

peu

t ens

uite

form

er à

cha

ud. P

ossi

bilit

é d

asse

mbl

er d

esél

émen

ts p

ar so

udag

e (s

ouda

ge-d

iffus

ion

sur P

EEK

/PE

I, so

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e PE

EK

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K, s

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ge P

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- pl

acem

ent d

e fib

re th

erm

opla

stiq

ues +

con

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atio

n-

dépo

seet

cons

olid

atio

nen

cont

inu

deth

erm

opla

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ues.

pose

et c

onso

lidat

ion

en c

ontin

u de

ther

mop

last

ique

s.-

ther

mop

last

ique

s (fi

bres

cou

rtes)

inje

ctés

Page 27: DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES COMPOSITES - …jerome.massol2.free.fr/Files/...aero_composites.pdf · matrice (organique, métallique ou céramique) renforcée par des fibres (fibres

Con

trai

ntes

de

conc

eptio

np

Parm

i les

diff

éren

tes c

ontra

inte

s de

con

cept

ion

liées

à l’

utili

satio

n de

s co

mpo

site

s, o

n pe

ut c

iter l

es d

eux

suiv

ante

s :su

ves

:

- Pr

otec

tion

cont

re la

cor

rosi

on g

alva

niqu

e : d

u fa

it de

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iffér

ence

de

pote

ntie

l éle

ctro

-chi

miq

ue e

ntre

une

pièc

e co

mpo

site

en

carb

one

et u

ne p

ièce

mét

alliq

ue, i

l est

néc

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ire

de p

réve

nir u

ne c

orro

sion

gal

vani

que

qui e

ndom

mag

erai

t la

pièc

e m

étal

lique

. Cet

te p

rote

ctio

n es

t en

géné

ral o

bten

ue e

n in

terp

osan

t ent

re le

sde

ux p

ièce

s un

tissu

de

fibr

e de

ver

re (i

ntég

ré à

la p

ièce

com

posi

te).

Pt

tit

lf

dl

ièit

tf

ibl

dti

itéél

tiil

i-

Prot

ectio

n co

ntre

la fo

udre

: les

piè

ces

com

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tes

ayan

t une

faib

le c

ondu

ctiv

ité é

lect

riqu

e, il

est

néc

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pour

pré

veni

r un

endo

mm

agem

ent i

mpo

rtant

sui

te à

un

impa

ct d

e fo

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(mai

s aus

si p

our é

vite

r des

risq

ues

d’ét

ince

lage

) de

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ituer

une

bon

ne c

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ctiv

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lect

riqu

e en

surf

ace.

La

solu

tion

cons

iste

en

une

mét

allis

atio

nen

surf

ace

dela

stru

ctur

eco

mpo

site

pari

ntég

ratio

nd’

ungr

illag

em

étal

lique

(bro

nze

enm

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lisat

ion

en su

rfac

e de

la s

truct

ure

com

posi

te, p

ar in

tégr

atio

n d

un g

rilla

ge m

étal

lique

(bro

nze

engé

néra

l), o

u pa

r dép

ôt d

e m

étal

en

phas

e pl

asm

a.

NB

: C

erta

ines

par

ticul

arité

s de

s co

mpo

site

s pe

uven

t pré

sent

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es a

vant

ages

en

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e de

con

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ion.

C’e

stp

pp

pg

pai

nsi q

ue le

s rad

ômes

son

t réa

lisés

en

com

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te (f

ibre

de

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tz) c

ar il

est

néc

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ire

pour

ass

urer

le b

onfo

nctio

nnem

ent d

es s

ystè

mes

inst

allé

s so

us le

radô

me

(rad

ar, e

tc) q

ue c

elui

soit

tran

spar

ent a

ux o

ndes

élé

ctro

-m

agné

tique

s.

Page 28: DIMENSIONNEMENT DES STRUCTURES COMPOSITES - …jerome.massol2.free.fr/Files/...aero_composites.pdf · matrice (organique, métallique ou céramique) renforcée par des fibres (fibres

Que

lque

s app

licat

ions

des

com

posi

tes e

n aé

rona

utiq

ue c

ivile

Qq

ppp

q

- R

adôm

es, s

urfa

ces

mob

iles,

trap

pes

de tr

ain

et c

arén

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sur l

a qu

asi-i

ntég

ralit

é de

s av

ions

réce

nts.

- D

ériv

e et

em

penn

age

hori

zont

al su

r A32

0, A

340,

B77

7, e

tc .

pg

,,

,-

Voi

lure

ext

rêm

e de

l’A

TR 7

2-

Pout

res v

entr

ales

de

l’A

340

500/

600

- Fu

sela

ge c

ompo

site

sur

le R

ayth

eon

Prem

ier O

ne

Et d

emai

n ?

Ci

tld

il?

- C

aiss

on c

entra

l de

voilu

re?

- In

trodu

ctio

n de

Gla

re (c

ompo

site

alu

min

ium

/ver

re) s

ur p

anne

aux

de fu

sela

ge ?

- Fu

sela

ge c

ompo

site

?

L’ex

tens

ion

de l’

appl

icat

ion

des

com

posi

tes s

era

liée

à la

maî

trise

de

leur

coû

t, qu

i est

don

c un

e m

otiv

atio

nes

sent

ielle

des

pro

gram

mes

de

rech

erch

e ac

tuel

s.