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Conception intégrée des arbres de transmission en composites

Precup, Gheorghe (2003). Conception intégrée des arbres de transmission en composites. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les matériaux composites possèdent des propriétés mécaniques pouvant être élaborées afin d'augmenter la résistance à la torsion et la vitesse de rotation d'une pièce mécanique tout en gardant une masse minimale. Ces avantages les rendent très attrayants comme matériaux pour la fabrication des arbres de transmission. Actuellement, les arbres en composites sont constitués par des tubes en composites à renforts enroulés ou tressés et par des brides d'accouplement en métaux qui, ces dernières sont parfois plus pesant que les tubes. De plus, le joint de collage entre le métal et le composite, présente également une faiblesse marquée dans ces pièces mécaniques. Afin d'éliminer tous ces désavantages, un arbre fabriqué entièrement en composite est proposé dans ce projet.

Dans cette étude, l'analyse des plaques et des arbres en composites polymériques à renforts tressés bi-axiaux ayant un angle de tressage variable, est traité. Les plaques sont analysées en traction longitudinale tandis que les arbres en torsion. Dans le but de déterminer la première rupture, deux analyses numériques sont utilisées, une au niveau macro-mécanique et l'autre à l'échelle micro-mécanique. Le modèle d'analyse est validé à l'aide des résultats obtenus expérimentalement.

Titre traduit

Design of braided composite drive shafts

Résumé anglais

The composite materials have mechanical properties which can increase the torsion resistance and the rotational speed of a machine component having a minimal masse. These advantages make them very useful as materials in drive shafts production. Moreover, it is possible to automate the composite drive shafts production. At the present, the composite drive shafts are made by winding or braided composite tubes and steel flanges. In some case, the steel flanges are heavier than the composite tubes. The adhesive bonding between the steel flange and the composite tube presents an important weakness as well for these machine components. In order to eliminate these disadvantages, a drive shaft made only in composite material is proposed in this project.

Recently, it has been proved that the braiding technique allows producing more complex shapes than the ones produced by winding. Therefore, it is possible to produce the composite structures with the bi-axial and tri-axial fiber reinforced using this technique.

In this study, the bi-axial flat braided composites and the tri-axial braided composite drive shafts with a variable braiding angle is analysed. The composite flats are analysed in longitudinal tension while the drive shafts in torsion. At first, the mechanical properties of the braided composite are determined using a model created by Naik [3].

Secondly, knowing all these results, the force and the torsion caused by the initial fracture, are calculated using the maximum stress failure criterion. In order to determine the initial fracture, two numerical analysis are used: one at the macro-mechanical scale and the other at the micro-mechanical scale. The finite elements method is used to determine the initial fracture.

In conclusion, the results obtained using the numerical models are in good agreement with the experimental results. Finally, the models developed in this study are recommended to be used for the flat and drive shaft braided composites analysis.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en technologie des systèmes". Bibliogr.: f. [199]-201.
Mots-clés libres: Arbre, Composite, Conception, Materiau, Mecanique, Polymere, Propriete, Renfort, Transmission, Tresse, Tressage
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Ngô, Anh-Dung
Programme: Maîtrise en ingénierie > Technologie des systèmes
Date de dépôt: 11 mai 2011 13:55
Dernière modification: 18 oct. 2016 00:59
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/731

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