Endommagement artificiel des raidisseurs
REVUE DE LA LITTรRATURE:
Mise en situation:
Cette maรฎtrise a รฉtรฉ complรฉtรฉe ร lโintรฉrieur du projet CRIAQ COMP-501 : Prรฉformes textiles 3D pour fabrication de piรจces composites complexes. Ce projet regroupe des partenaires industriels ลuvrant dans le domaine aรฉrospatial (Bombardier Aerospace, Bell Helicoptรจre, Hutchinson Aerospace, Delastek, Texsonic) et des universitรฉs canadiennes (รcole de technologie supรฉrieure (รTS), Universitรฉ dโOttawa, Universitรฉ Laval). Il est important de souligner que le projet est accompli dans un contexte industriel et que plusieurs dรฉcisions ont รฉtรฉ prises pour satisfaire aux besoins des industrielles. Cette section prรฉsente les objectifs du projet COMP-501 ainsi que la dรฉmarche.
Objectif:
Le projet COMP501 vise ร dรฉmontrer la fabrication de prรฉformes textiles 3D ainsi que leur transformation en piรจces composites complexes par infusion liquide. Lโintรฉrรชt industriel du projet est au niveau de lโaccรฉlรฉration de la cadence de production et de la rรฉduction de la variabilitรฉ entre les piรจces. Les objectifs principaux du projet sont: caractรฉriser les performances de mise en forme des prรฉformes textiles (drapabilitรฉ, piquabilitรฉ, maintien de l’intรฉgritรฉ physique, imprรฉgnabilitรฉ), caractรฉriser les propriรฉtรฉs mรฉcaniques des composites (traction, cisaillement inter laminaire, impact) et dรฉmontrer la fabrication de gรฉomรฉtrie 3D complexes ร รฉchelle ajustable. (CRIAQ, 2015)
Matรฉriaux composites:
Les matรฉriaux composites se composent dโau moins deux matรฉriaux diffรฉrents qui sont combinรฉs pour produire une composante. Gรฉnรฉralement, le terme composite rรฉfรจre ร un matรฉriau se composant de renforts fibreux (carbone, verre) intรฉgrรฉs dans une matrice de polymรจre (thermoplastique ou thermodurcissable). Ces matรฉriaux sont typiquement utilisรฉs dans des applications oรน le poids est une caractรฉristique ร rรฉduire puisque leurs propriรฉtรฉs spรฉcifiques sont plus intรฉressantes que celles des mรฉtaux. Cette section survole certaines gรฉnรฉralitรฉs des matรฉriaux composites ร matrice plastique utiles ร la comprรฉhension de ce mรฉmoire.
Influence de la couture et revue de la premiรจre partie du projet COMP-501 :
Cette section prรฉsente lโinfluence du procรฉdรฉ de couture sur les propriรฉtรฉs des prรฉformes textiles. La revue comprend un retour sur les rรฉsultats de la premiรจre partie du projet COMP501 ainsi que des travaux de recherche sur des structures cousues, telles que des raidisseurs en ยซ T ยป. Afin de comprendre le rรดle de la couture sur certaines propriรฉtรฉs mรฉcaniques, il est important de survoler son interaction avec les tissus au point de vue textile. Tel que prรฉsentรฉ ร la section 1.1.3, la couture peut รชtre considรฉrรฉe comme un renfort interlaminaire puisquโelle rajoute un fil de couture transversal. Par contre, la couture est gรฉnรฉralement considรฉrรฉe comme une perturbation qui rรฉduit les propriรฉtรฉs mรฉcaniques dans le plan du laminรฉ. Les deux mรฉcanismes expliquant cette rรฉduction sont le bris des fibres durant lโopรฉration de couture et le dรฉsalignement des fibres par le fil couture. On suppose que le bris des fibres est causรฉ par la tรชte de lโaiguille lorsquโelle pรฉnรจtre le laminรฉ et par les forces de cisaillement qui sont gรฉnรฉrรฉes par le glissement de lโaiguille et du fil de couture. La rupture des fibres rรฉduit donc les propriรฉtรฉs dans le plan puisque la redistribution de la charge est moins efficace. Le deuxiรจme mรฉcanisme, soit dรฉsalignement des fibres, est produit par la tension dans le fil de couture qui comprime et รฉcarte les fils dans la couture (C. Sickinger, 2001). Les propriรฉtรฉs dans le plan sont donc rรฉduites par les distorsions, illustrรฉes ร la Figure 1.9, qui dรฉsalignent localement les fibres. De plus, suite au procรฉdรฉ dโinjection de rรฉsine liquide, les espaces vides autour des distorsions sont comblรฉs par des poches de rรฉsine qui sont faibles mรฉcaniquement et seraient propices ร lโinitiation de fissures. Il est gรฉnรฉralement acceptรฉ que le mรฉcanisme de distorsion est le principal responsable de la dรฉgradation des propriรฉtรฉs dans le plan. (Mouritz, Leong et Herszberg, 1997)
DรMARCHE EXPรRIMENTALE:
Ce chapitre prรฉsente la dรฉmarche expรฉrimentale de lโรฉtude de raidisseurs assemblรฉs par de la couture. La gรฉomรฉtrie, les matรฉriaux et la sรฉquence dโempilement des laminรฉes sont dโabord prรฉsentรฉs. Ensuite, la technique de couture utilisรฉe pour lโassemblage des prรฉformes et les diffรฉrents motifs รฉtudiรฉs sont prรฉsentรฉs. La procรฉdure de mise en forme est ensuite dรฉcrite. Finalement, le plan de test bรขti pour รฉtudier lโinfluence de la couture sur les raidisseurs est prรฉsentรฉ.
Gรฉomรฉtrie รฉtudiรฉe :
La gรฉomรฉtrie du raidisseur en ยซ T ยป a รฉtรฉ choisie pour reprรฉsenter une piรจce gรฉnรฉrique retrouvรฉe dans les structures aรฉronautiques. La Figure 2.1 est une vue de face dรฉtaillant les dimensions. La piรจce se compose dโun voile, dโune peau, dโune semelle et dโune nouille. Le voile et la peau sont composรฉs dโun stratifiรฉ de 20 plis ayant une รฉpaisseur de 4,3 mm. Le nombre de couches a รฉtรฉ choisi afin de ressembler aux coupons plats รฉtudiรฉs dans la premiรจre partie du projet. Le voile est fixรฉ ร la peau en chevauchant un demi-voile de chaque cรดtรฉ sur la peau. La semelle combine donc une peau et un demi-voile. Cette section de 30 plis a une รฉpaisseur de 6,45 mm. Le voile est pliรฉ sur un rayon de 4,3 mm, soit รฉgal ร lโรฉpaisseur du voile. Le rayon a รฉtรฉ choisi en fonction des recommandations des partenaires industriels. Le rayon permet une transition lisse afin dโรฉviter des distorsions dans lโempilement du voile. Finalement, la nouille permet de combler lโespace entre la peau et les deux demi-voiles. Son aire est de 17,8 mm2. Son dimensionnement est dรฉpendant des paramรจtres du voile et de son rayon de courbure. La nouille assure une compaction adรฉquate des laminรฉs en pรฉriphรฉrie. Les quatre sections sont fabriquรฉes par une seule opรฉration dโinfusion, ce qui pourrait sโapparenter ร de la cocuisson dans le domaine des prรฉ-imprรฉgnรฉs. La largeur et la hauteur du spรฉcimen sont fixรฉes en fonction du dรฉgagement requis pour les essais dโarrachement (4.1.1).
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Table des matiรจres
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE DE LA LITTรRATURE
1.1 Mise en situation
1.1.1 Objectif
1.1.2 รtapes du projet
11.1.3 Couture ยซ One-Sided ยป
1.2 Matรฉriaux composites
1.2.1 Type de renforts
1.2.2 Type dโempilement
1.2.3 Thรฉorie classique des laminรฉs
1.3 Influence de la couture et revue de la premiรจre partie du projet COMP-501
1.3.1 Paramรจtres รฉtudiรฉs
1.3.2 Propriรฉtรฉs dans le plan
1.3.3 Influence de la couture sur la mise en forme
1.3.4 Rรฉsistance ร la propagation de lโendommagement
1.3.5 Tolรฉrance ร lโendommagement
1.4 รvaluation des propriรฉtรฉs dโun รฉlรฉment selon lโapproche du ยซ Building-Block ยป
1.4.1 Essais dโarrachement
1.4.2 Essais de flexion trois-points
1.4.3 Mode dโinstabilitรฉ
1.5 Mรฉthode dโestimation numรฉrique
1.5.1 Flexion trois-points : Thรฉorie des poutres
1.5.2 Flambage local
1.5.3 Crippling
1.5.4 Flambage global
CHAPITRE 2 DรMARCHE EXPรRIMENTALEย
2.1 Gรฉomรฉtrie รฉtudiรฉe
2.2 Matรฉriaux
2.3 Sรฉquence dโempilement
2.4 Prรฉparation des spรฉcimens
2.5 Assemblage des prรฉformes textiles
2.6 Paramรจtre de couture
2.7 VARI (Vaccuum-Assisted-Resin-Infusion)
2.8 Prรฉparation des spรฉcimens
2.9 Plan de test
2.9.1 รvaluation de la qualitรฉ des raidisseurs en ยซ T ยป fabriquรฉs ร lโaide de prรฉforme cousue
2.9.2 รvaluation des performances mรฉcaniques des raidisseurs en ยซ T ยป fabriquรฉs ร lโaide de prรฉforme cousue
2.10 Propriรฉtรฉs des matรฉriaux
CHAPITRE 3 รVALUATION DE LA QUALITร DES RAIDISSEURS EN ยซ T ยป FABRIQUรS ร LโAIDE DE PRรFORMES COUSUES
3.1 รvaluation de la gรฉomรฉtrie des raidisseurs
3.1.1 Mรฉthodologie
3.1.2 Rรฉsultats
3.2 Mesure des constituants
3.2.1 Mรฉthodologie
3.2.2 Rรฉsultats
3.3 Observation de la nouille
3.3.1 Mรฉthodologie
3.3.2 Rรฉsultats
CHAPITRE 4 รVALUATION DES PERFORMANCES MรCANIQUES DES RAIDISSEURS EN ยซTยป FABRIQUรS ร LโAIDE DE PRรFORMES COUSUESย
4.1 Rรฉsistance ร lโarrachement
4.1.1 Essais dโarrachement
4.1.2 Contrรดle par ressuage
4.1.3 Rรฉsultats
4.1.3.1 Essais dโarrachement symรฉtrique
4.1.3.2 Essais dโarrachement asymรฉtrique
4.2 Rigiditรฉ en flexion
4.2.1 Modรจle numรฉrique
4.2.2 Essai de flexion trois-points
4.2.3 Rรฉsultats
4.3 Sรฉlection dโun motif prรฉfรฉrentiel
4.4 Rรฉsistance ร la compression et comportement en post-flambement
4.4.1 Modรจle numรฉrique
4.4.2 Essai de compression
4.4.3 Endommagement des raidisseurs
4.4.4 Rรฉsultats
4.4.4.1 Prรฉvision du comportement dโun raidisseur chargรฉ axialement en compression
4.4.4.2 Endommagement artificiel des raidisseurs
4.4.4.3 Essais de compression
CONCLUSION
RECOMMANDATIONS
ANNEXE I ARTICLE DE CONFรRENCE
ANNEXE II FICHES TECHNIQUES DES MATรRIAUX
ANNEXE III DESSINS DE DรTAIL
ANNEXE IV INFORMATIONS DES ESSAIS MรCANIQUES
LISTE DE RรFรRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
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