TD – Conception d’un panneau en composite (Pre-preg)

1. TD – Conception d’un panneau en composite (Pre-preg) Sébastien Crouzet – Airbus

2. AGENDA • GENERALITES CONCEPTION COMPOSITE • Rappel des règles de drapage • Tolérances • Épaisseur calibrée • Lacher de plis • Description plis travaillant / plis mort • EXERCICES • Données d’entrée • Énoncé

3. 1. GENERALITES CONCEPTION COMPOSITE RAPPEL SUR DRAPAGE • RAPPEL: Généralités sur le drapage • Quelques règles de drapage • Symétrie sur le drapage • Passage d’un plis à un autre en changeant l’orientation de 45° (exception: possibilité de mettre pres de l’axe de symétrie un coupe -45° / 135°) • Répartir au mieux l’ensemble des plis sur l’épaisseur de la section • Plis externes (contact avec l’extérieur) : plis à +45° ou –45) • … • Epaisseur d’un pli : l’épaisseur varie suivant le grammage. Pour les calculs ultérieurs, prendre 0.25mm

4. 1. GENERALITES CONCEPTION COMPOSITE TOLERANCES • Tolérances • Pour toute technologie industrielle (métallique, composite, usinage, moulage, etc.), il est impératif de mettre des tolérances sur chacune des cotes d’une pièce réalisées. Ces tolérances dépendent des moyens industriels. Néanmoins, plus une tolérance est précise, plus le coût est élevé. • Quelques tolérances liées au composite : • Surface du moule (ordre de grandeur : +/- 0.3mm) • Usinage des plis morts (ordre de grandeur : +/- 0.3mm) • Dépose des plis (ordre de grandeur : +/- 5mm) • Foisonnement (voir définition après – ordre de grandeur : +/-4%) • …

5. 1. GENERALITES CONCEPTION COMPOSITE TOLERANCES • Tolérance de foisonnement • Le foisonnement est une tolérance qui fait varier l’épaisseur finale d’une pièce composite (pre-preg). Cette tolérance est liée à la cuisson / polymérisation. La valeur du foisonnement est de env. +/-4% de l’épaisseur nominale. Pour une pièce donnée, le % de foisonnement sera sensiblement identique sur l’ensemble des épaisseurs (toute la pièce subit la même cuisson) Épaisseur maximum (pièce finie) Épaisseur nominale Épaisseur minimum (pièce finie) Pièce finie

6. 1. GENERALITES CONCEPTION COMPOSITE EPAISSEUR CALIBREE • Épaisseur calibrée • Epaisseur calibrée  épaisseur constante • L’épaisseur calibrée se définissent où il est nécessaire d’avoir une épaisseur constante d’une pièce à l’autre. Elle s’obtient par la mise en place de plis morts puis par leurs usinage. Attention, il est impératif de ne pas usiner des plis travaillant ! ! • Exemple d’épaisseur constante : jonction avec un autre panneau, install. Système, etc. Surface calibrée Épaisseur maximum (pièce finie)  lot fort ~1 plis Epaisseur calibrée Épaisseur nominale Épaisseur minimum (pièce finie)  lot faible

7. 1. GENERALITES CONCEPTION COMPOSITE EPAISSEUR CALIBREE • Épaisseur calibrée Plis morts Cas 1 : lot fort Epaisseur constante / épaisseur calibrée Plis travaillant Cas 2 : lot faible APRES USINAGE APRES CUISSON  Dans les 2 cas, l’épaisseur calibrée est la même

8. 1. GENERALITES CONCEPTION COMPOSITE EPAISSEUR CALIBREE • Épaisseur calibrée JONCTION DOUBLE CISAILLEMENT

9. A A 1. GENERALITES CONCEPTION COMPOSITE LACHER DE PLIS • Lacher de plis • Suivant l’orientation des efforts, le lacher de plis sera plus ou moins « rapide » • Sens des efforts : ~1/20 • Perpendiculaire aux efforts : ~1/10 Zone épaisseur constante Zone de lacher de plis Section A-A Modélisation des lachers de plis en coupe Zone épaisseur constante Section A-A d2 d1 Effort Effort Effort Lacher de plis perpendiculaire des efforts Lacher de plis dans sens des efforts

10. A A 1. GENERALITES CONCEPTION COMPOSITE LACHER DE PLIS • Lacher de plis : modélisation Modélisation des lachers de plis (vue de dessus) Hauts de pente Bas de pente Modélisation des lachers de plis (vue de coté) Section A-A

11. 1. GENERALITES CONCEPTION COMPOSITE PLIS TRAVAILLANT / PLIS MORTS • Description plis travaillant / plis morts • Pli travaillant : pli qui intervient dans le calcul de la pièce. Les plis travaillant sont définis par zone et sont donnés par le département Calcul. •  Lors de la conception de la pièce, il est impératif d’avoir au minimum le nombre de plis travaillant dans chacune des zones. • Pli mort : un pli mort n’est pas intégré dans le calcul de la pièce ; il permet uniquement d’obtenir des épaisseurs constantes (épaisseurs calibrées). Le lacher de plis se fait avec une pente importante (~1/5) 15 plis travaillant 20 plis travaillant S20 Lacher de plis S15 Conception (contraintes indus) Besoin calcul

12. 1. GENERALITES CONCEPTION COMPOSITE METHODE DE TRACE DES HAUTS / BAS DE PENTE • Etape 1 : Identifier la zone la plus épaisse (zone où le nombre de plis travaillant est le plus élevé) • Etape 2 : à partir de la zone la plus épaisse, tracer toutes les paralèles représentant le lacher de plis en allant vers la zone la moins épaisse. Et ainsi de suite avec les zones d’épaisseur inférieur 25 plis travaillant 15 plis travaillant 20 plis travaillant 10 plis travaillant 5 plis (25-20) 5 plis (20-15) 15 plis (25-10) 10 plis (20-10)

13. 1. GENERALITES CONCEPTION COMPOSITE METHODE DE TRACE DES HAUTS / BAS DE PENTE • Etape 3 : Pour finir, raccorder les hauts / bas de pente

14. 15mm 15mm 2. EXERCICE DONNEES D’ENTREE • Données pour panneau plan • Panneau plan (moule plan) avec lacher de plis coté vessie • Zone épaisseurs (voir besoin calcul ci-contre) • Trou de diamètre 50 - épaisseur calibrée autour du trou (carré de 15mm) • 1 raidisseurs rapporté (boulonné) en thermo-plastique ou Pre-preg (regle pour l’appui : appui plan pour le raidisseur) Plis morts calibrés

15. 2. EXERCICE DONNEES D’ENTREE 650 200 150 20 150 80 100 14 Plis 100 200 300 26 Plis Effort Effort 500 10 Plis 220 16 Plis 20 Plis A A 20 Besoin calcul 350 100 190 Zone plis morts 250 200 50 Fixation diam 6.35 Section A-A

16. 2. EXERCICE ENONCE • Exercices • Définir les hauts / bas de pentes du panneau • Plis travaillant • Plis morts • Zone appui constant sous raidisseur • Faire une modélisation sous CATIA V5 (sketch) des hauts / bas de pente • Faire le tableau de drapage (répartition des plis: 35/20/20/15)