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Préformage de pièces composites 3D par couture "one-sided" et renforcement par touffetage

Buns, Thibaut (2015). Préformage de pièces composites 3D par couture "one-sided" et renforcement par touffetage. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Dans le but de réduire les temps de mise en oeuvre des matériaux composites à renforts fibreux secs, une étude du préformage par couture « One-Sided Stitching® » (OSS®) est réalisée. Dans le cadre du projet CRIAQ COMP-501, l’efficacité du préformage par couture OSS® est évaluée sur la réalisation d’un panneau structurel raidi. L’utilisation du procédé d’imprégnation VARI vise à réaliser des pièces « near-net-shape ». Au sein de ce projet recommandé par l’industrie aéronautique, la couture a été étudiée sur des plaques planes. L’orientation ainsi que les paramètres de couture ont été évalués. Les résultats de ces essais ont permis de sélectionner les paramètres optimaux à la couture de raidisseur en « T » en vue de la réalisation du panneau raidi. Dans une seconde phase, les performances mécaniques à l’arrachement et la flexion trois-points de cinq configurations de couture ont permis l’évaluation du positionnement optimal de la couture sur des raidisseurs en « T ». Le choix d’un motif préférentiel de couture a donné lieu à des tests de flambage avec et sans endommagement afin de valider la sélection du patron de couture pour le panneau démonstrateur. Durant la seconde phase, la nouille est identifiée comme une zone de concentration de contraintes, soit le point faible du raidisseur en « T ». Les travaux de ce mémoire proposent une évaluation du renforcement par touffetage de la zone faible au moyen d’essais d’arrachement du voile pour divers patrons d’insertion de fil de renfort.

Les essais d’arrachement démontrent des performances encourageantes pour le renforcement par touffetage. Des gains de performances significatifs permettent de conclure quant à l’efficacité du procédé lorsque le renfort est habilement inséré. Lors de la seconde phase du projet, ce même type d’essai sur un renforcement par couture OSS® n’avait pas permis de conclure concernant l’amélioration des performances interlaminaires. En revanche, l’étape d’imprégnation des préformes par VARI a démontré l’intérêt d’utiliser la couture pour le préformage du fait du gain de temps et de la facilité de mise en oeuvre qu’elle présente. Une étude comparative des coûts qu’engendre le préformage par couture OSS® par rapport au préformage à la main permet de conclure sur la viabilité économique du procédé. La conclusion indique que le préformage par couture OSS® semble intéressant pour la fabrication de pièces composites à renforts fibreux secs à partir d’un certain niveau de complexité. Des gains de qualité sont également pressentis.

La production de préformes assemblées par couture OSS® et renforcées par touffetage est également introduite dans le but de la pérenniser et de l’automatiser en vue de l’adapter à une échelle industrielle.

Titre traduit

3D composite parts preformed by "One-Sided Stitching" and reinforced by tufting

Résumé traduit

To reduce the cycle time of composites parts, industry is looking for new assembly methods. The CRIAQ COMP-501 project aims to define an innovative process to preform complex shape part of dry carbon fiber reinforced polymer (CFRP). The selected technology is « One-Sided Stitching® » (OSS®). The target is the production of a stiffened panel « near-netshape » assembly by OSS®. The objectives are to study the influence of stitching on mechanical performance. The geometry is inspired by conventional aircraft structural panel. First, the influence of stitching parameters was studied on flat parts to determine best way to use OSS®. Then experimentation on T-stringers allowed definition of the best position for stitching yarn into the preform. Experiments have showed than the noodle area is the weakness of T-stringers, this study searched for a way to reinforce this spot.

To solve the noodle issue, tufting is used. A process to preform by OSS® and reinforce by tufting has been create. Web tear-off tests show encouraging performances on interlaminar strength. If OSS® does not result in improvements of mechanical properties it eases production, manipulation and stability which are necessary keys for dry CFRP implementations. Tufting may increase performances by clever insertion of reinforcement yarn. The infusion by VARI is greatly simplified by the preforming and there is significant time saved. A part of this work presents the production process and specialized tooling.

Finally the study deals with costs generated by hand-lay-up and by OSS® to draw conclusions on the economic viability of the process. The CRIAQ COMP-501 project concludes that stitching is interesting for manufacturing and quality management in dry fiber composite parts.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire pésenté à l'école de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en génie de la production automatisée". Bibliographie : pages 161-165.
Mots-clés libres: Composites à fibres de carbone. Composites Moulage par injection Conception et construction. Composites à fibres de carbone Propriétés mécaniques Essais. Composites à fibres de carbone Conception et construction coût. aéronautique, renfort, préformage, couture, One-Sided Stitching, OSS, touffetage, raidisseur en T, arrachement du voile, viabilité économique
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Joncas, Simon
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Vermeersch, Olivier
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie de la production automatisée
Date de dépôt: 16 déc. 2016 15:04
Dernière modification: 15 mars 2017 15:04
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1589

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