Formage sous vide de renforts textiles de carbone et de verre pour fabrication de pièces composites pour l’aérospatiale

Abstract

Ce travail porte sur les processus de conception et de mise en forme des préformes textiles pour procédés de moulage en phase liquide (LCM), appliqués à la fabrication de pièces non structurales complexes. Les moules pour la fabrication de ces pièces composites ont une géométrie complexe et leur drapage est problématique. Fondamentalement, ce travail vise à prédire et à optimiser le processus de conception et de drapage des préformes. En outre, le travail vise à documenter et à améliorer 1) la sélection du tissu et de son orientation la plus appropriée pour le drapage d’une géométrie donnée et 2) la prédiction des temps de drapage. Les propriétés des renforts associées au drapage telles que le cisaillement, la flexion, la friction et la stabilité des tissus secs dépendent de la construction des tissus et de la géométrie complexe à draper. Le développement de patrons de découpe inclut la sélection de l’orientation des tissus et le positionnement des coupes et des joints. Malgré toute l’expérience industrielle liée au drapage des préformes, les processus existants pour le développement des patrons de découpe comportent une faible reproductibilité et deumeurent basés sur l’expérience de techniciens expérimentés. Avec la compétition en aérospatiale, le partenaire industriel Hutchinson doit développer des méthodes pour formaliser et quantifier la conception de patrons de découpe. Afin de décrire, formaliser et évaluer le drapage de différents tissus sur des géométries complexes, ce travail propose un premier outil prédictif du drapage permettant d’évaluer le temps de drapage, de permettre la sélection du tissus le plus approprié pour le drapage d’une géométrie, de déterminer l’orientation des fibres préférable ainsi que la position des coupes et des joints dans le patron de découpe. Ce travail inclut une caractérisation de 4 tissus secs utilisés en production chez Hutchinson. Des outils de caractérisation portatifs ont été développés afin de permettre l’évaluation rapide du cisaillement dans le plan, du retour élastique en cisaillement, du retour élastique en flexion dans un coin et sur les bords, de la friction entre les plis et avec le moule, de l’effilochement, ainsi que de la résistance des goupilles de localisation. Les essais de caractérisation ont été effectués sur ces équipements portatifs et certains ont été validés par comparaison avec des essais. À partir de ces caractéristiques de drapage, une méthode d’évaluation du comportement en drapage a été développée permettant de déterminer la façon dont un tissu donné se comporte lorsqu’il est drapé sur des géométries spécifiques. Plusieurs géométries de base ont été repérées sur les moules réels de Hutchinson, permettant la reconstruction d’autres moules par une combinaison de ces géométries de base. Le comportement en drapage pour chaque géométrie de base a été analysé et validé avec des essais expérimentaux directement sur les moules. Le travail de caractérisation et la méthode d’évaluation des géométries de base ont été combinés dans un algorithme empirique permettant d’évaluer la difficulté de drapage d’une géométrie complexe selon le tissu utilisé et son orientation. Des exemples montrent que l’algorithme réussit à atteindre les objectifs liés à l’évaluation des temps de drapage, de la sélection du tissu et de son orientation les plus appropriés en plus de guider le positionnement des coupes et des joints pour le développement des patrons de découpe. Les objectifs d’abaissement, de prédiction des temps de drapage et de détermination de l’emplacement des coupes et des joints dans les patrons ont été atteints.