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

Sébastien Crouzet – Airbus

AGENDA

1. GENERALITES CONCEPTION COMPOSITE• Rappel des règles de drapage• Tolérances• Épaisseur calibrée• Lacher de plis• Description plis travaillant / plis mort

2. EXERCICES• Données d’entrée• Énoncé

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

1. GENERALITES CONCEPTION COMPOSITE TOLERANCES

• TolérancesPour 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%)- …

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 nominale

Épaisseur minimum (pièce finie)

Épaisseur maximum (pièce finie)

aleNo

aleNo

EpaisseurEpaisseur

EpaisseurEpaisseur

minmax

minmin

*)04.01(

*)04.01(

Pièce finie

1. GENERALITES CONCEPTION COMPOSITE EPAISSEUR CALIBREE

• Épaisseur calibréeEpaisseur 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.

Épaisseur nominale

Épaisseur minimum (pièce finie) lot faible

Épaisseur maximum (pièce finie) lot fort~1 plis

Surface calibrée

3.025.0*04.1

__1

min

sinmax

aleNoCalibrée

ageUCalibrée

EpaisseurEpaisseur

tolérancesécuritédeplintfoisonnemeEpaisseur

Epaisseur calibrée

1. GENERALITES CONCEPTION COMPOSITE EPAISSEUR CALIBREE

• Épaisseur calibrée

Cas 1 : lot fort

Cas 2 : lot faible

APRES CUISSON APRES USINAGE

Plis travaillant

Plis morts

Epaisseur constante / épaisseur

calibrée

Dans les 2 cas, l’épaisseur calibrée est la même

1. GENERALITES CONCEPTION COMPOSITE EPAISSEUR CALIBREE

• Épaisseur calibrée

JONCTION DOUBLE CISAILLEMENT

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 épaisseur constante

Zone de lacher de plis

Section A-A

Section A-AModélisation des lachers de

plis en coupe

A A

Lacher de plis dans sens des efforts Lacher de plis perpendiculaire des efforts

EffortEffortEffort

d1d2

1. GENERALITES CONCEPTION COMPOSITE LACHER DE PLIS

• Lacher de plis : modélisation

Modélisation des lachers de plis (vue de dessus)

A A

Section A-A

Modélisation des lachers de plis (vue de coté)

Hauts de pente

Bas de pente

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)

20 plis travaillant

15 plis travaillant

Besoin calcul Conception (contraintes indus)

Lacher de plisS20

S15

• 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

1. GENERALITES CONCEPTION COMPOSITE METHODE DE TRACE DES HAUTS / BAS DE PENTE

25 plis travaillant

20 plis travaillant

15 plis travaillant

10 plis travaillant

15 plis (25-10)

5 plis (25-20)

10 plis (20-10)

5 plis (20-15)

• Etape 3 : Pour finir, raccorder les hauts / bas de pente

1. GENERALITES CONCEPTION COMPOSITE METHODE DE TRACE DES HAUTS / BAS DE PENTE

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)

15mm

15mm

Plis morts calibrés

2. EXERCICE DONNEES D’ENTREE

A

20

A

Section A-A

150 200

650

200

190

250

350

500

300

200

20

80

150

220

100

100

EffortEffort

20 Plis

26 Plis

16 Plis

14 Plis

10 Plis

Besoin calcul100

50

Zone plis morts

Fixation diam 6.35

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)