Évaluation des performances mécaniques de raidisseurs en "T" carbone-époxy préformés à l'aide de la couture "one-sided"

Morin, Scott (2016). Évaluation des performances mécaniques de raidisseurs en "T" carbone-époxy préformés à l'aide de la couture "one-sided". Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Afin de réduire le temps de cycle et la variabilité des pièces en composite, la couture « One-Sided Stitching®» est étudiée comme procédé pour assembler les tissus 2D. Dans le contexte industriel du projet de recherche COMP-501, le procédé de préformage et la transition des préformes en pièce composite par VARI doivent être démontrés sur un élément structurel typique soit un panneau raidi. L’influence de la couture sur les propriétés mécaniques a été étudiée à l’aide d’une approche évolutive typique au « building-block approach ». L’influence de la couture a d’abord été étudiée sur des plaques planes et les résultats ont servi à guider la sélection des paramètres de couture pour l’étude sur des raidisseurs en « T ». Pour la deuxième étape du projet, soit l’étude de la couture sur les raidisseurs en « T », les objectifs étaient de sélectionner un motif de couture préférentiel et d’évaluer l’influence de la couture sur les propriétés mécaniques. La position et l’orientation de la couture ont d’abord été évaluées à l’aide d’essais mécaniques d’arrachement et de flexion trois-points sur cinq motifs initiaux afin de sélectionner un motif préférentiel. Le comportement en flambage et la tolérance à l’endommagement ont ensuite été vérifiés pour un raidisseur assemblé avec ce motif. Le motif préférentiel a également été utilisé pour l’étape finale du projet soit la fabrication du panneau démonstrateur.

Les essais d’arrachement ont démontré qu’une couture située près de la nouille réduit considérablement la résistance du joint en créant des distorsions au niveau des textiles qui créent des concentrations de contrainte. Cependant, pour un cas de chargement asymétrique, un des motifs a démontré une légère augmentation de la résistance à l’arrachement. Il est supposé que l’augmentation de la rigidité en flexion des laminés du voile et de la semelle par la couture réduit l’effort sur la région de la nouille. Les essais de flexion trois-points ont démontré qu’une couture près de la nouille augmente la rigidité de l’élément en assurant une meilleure distribution du chargement entre le voile et la semelle. Les résultats des tests ci-haut mentionnés ont permis de sélectionner une couture éloignée de la nouille afin de limiter la création de distorsions et de réduire la résistance du raidisseur.

Le comportement d’un raidisseur chargé axialement et sa tolérance à l’endommagement ont également été vérifiés. La couture ne semble pas avoir une influence significative sur le mode de rupture ni les limites de l’élément. La couture, étant très locale, affecte peu le comportement global d’une structure.

Titre traduit

Evaluation of the mechanical performances of stitched T-stringers using "one-sided stitching"

Résumé traduit

To reduce cycle time and the variability of composite parts, "One-Sided Stitching®" is studied as an assembly method for laminates. This work is part of a larger research project, COMP-501, which goal is to demonstrating the textile preforming process and the transition of preforms into composite part using VARI. The major milestones of the COMP-501 project to study the influence of stitching are typical with the "building-block approach." The influence of the preforming technique was first studied on flat plates and the results were used to select the sewing parameters for the latter steps. For the second phase of the project, the study of stitching on T-stiffeners, the objectives were to select a preferred stitching pattern and to evaluate the influence of the stitching on the mechanical properties. This work evaluated the influence of the position and orientation of the stitching using web tear-off tests and three-point bending test. Five initial stitching patterns were evaluated in order to select a preferred pattern. Using the preferred pattern, the influence of stitching on the buckling behavior and damage tolerance were then studied. The results of these tests were used for the final stage of the project: the production of the demonstrator panel.

The web tear-off tests have demonstrated that a stitch located near the noodle significantly reduces the resistance of the joint by creating distortions near the fragile noodle region. However, one of the patterns showed a slight increase in tear-off strength with an asymmetric loading. It is assumed that the increase in flexural stiffness of the nearby laminates reduces the stress on the region of the noodle. Three-point bending tests showed that a stitch near the noodle increases the rigidity of the element ensuring a better distribution of the load between the web and the flange. The results were used to design a new stitching pattern with the stitches located away from the fragile noodle in order to limit the creation of distortions which reduce the strength of the stiffener.

The behavior of a stiffener axially loaded and damage tolerance were also verified. The stitching does not appear to have a significant influence on the failure mode or the residual strength of the stringer. Sewing, being very local, hardly affects the overall behavior of a structure.

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 avec mémoire en génie mécanique". Bibliographie : page 159-162.
Mots-clés libres:	Composites à fibres de carbone Propriétés mécaniques. Résines époxydes. Composites à fibres de carbone Essais. Flexion (Mécanique) Flambage (Résistance des matériaux) Mécanique de l'endommagement. préformage, raidisseur, couture « One-Sided Stitching » (OSS), raidisseur en « T », arrachement du voile, flexion trois-points, instabilité, tolérance à l’endommagement
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Joncas, Simon
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	03 nov. 2017 18:06
Dernière modification:	05 janv. 2018 16:50
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1601

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