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Caractérisation expérimentale des préformes 3D en fibres de carbone assemblées à l’aide du procédé de couture « One Sided Stitching » dédiées à la fabrication des pieces composites aéronautiques

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Taki, Saad-Amine (2018). Caractérisation expérimentale des préformes 3D en fibres de carbone assemblées à l’aide du procédé de couture « One Sided Stitching » dédiées à la fabrication des pieces composites aéronautiques. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La présente étude vise à étudier l'effet de la couture structurelle de préformes en fibre de carbone, produite en utilisant la technique du "One Sided Stitching", sur le comportement mécanique des préformes sèches pour produire des composites ayant la forme finale de la pièce. La couture structurale utilisée ici ne signifie pas seulement que les fils de couture viennent consolider les plis mais forment des renforts transversaux en créant des liaisons entre les éléments de la préforme.

Un tel travail n'était pas aussi largement couvert jusqu'à présent; contrairement aux etudes réalisées sur les préformes tissées ou tressées. La technique de couture utilisée dans cette etude est considérée comme un processus de préparation de préforme rapide dans lequel des fils ou des couches sont disposés le long de directions sélectionnées dans le plan puis attachés ensemble selon des trajectoires prédéfinies au moyen d’une aiguille de couture qui vient pénétrer dans la préforme. Ces préformes cousues en fibres de carbone à travers l'épaisseur sont développées et optimisées pour une utilisation dans la fabrication de structures composites pour des applications aéronautiques. Il a été démontré que plusieurs tissus textiles 3D, en particulier des préformes cousues, présentent un fort potentiel de fabrication à coût moins élevé et de hautes performances des structures composites finales avec une bonne tolérance aux dommages et une bonne intégrité structurelle (Ogale, 2007). Lorsque l'on compare des etudes menées sur les mêmes renforts, il semble que parfois des contradictions apparaissent; certaines études affirment que le processus de couture n'affecte pas ou peut améliorer légèrement les propriétés dans le plan, tandis que d'autres révèlent que les propriétés sont dégradées par une aiguille qui crée de légères déviations et brise les fils autour des points d'impact.

Dans ce mémoire, la technologie utilisée pour produire les préformes est discutée avec les résultats saillants obtenus par des essais mécaniques dans divers scénarios de chargement. Les essais mécaniques réalisés ici incluent la compaction, le cisaillement dans le plan et la flexion simple courbure ont été menées sur des préformes sans couture et d’autres cousues. Le comportement mécanique a été investigué en fonction des paramètres de couture (densité de point, motif de couture) pour mieux comprendre le comportement des renforts secs pendant le processus de formage lors du procédé du moulage par transfert de résine assisté par vide (VARTM). Il a été démontré que les configurations et les densités de couture affectent le comportement en compaction des préformes conduisant à une diminution de la fraction volumique des fibres. A partir des essais de cisaillement et de flexion, il a été constaté que la couture montre un effet minimal sur la réponse des préformes cousues par rapport aux tissus non cousus. Ce comportement en cisaillement et en flexion confère aux préformes la capacité d’épouser des formes complexes telles que les raidisseurs en T fabriqués dans le cadre du projet CRIAQ COMP-501.

Résumé traduit

This work aims at investigating the effect of structural stitching of carbon fibre preform realised using the technique of one-sided stitching, on the mechanical behaviour of dry preforms. In contrast to studies on woven or braided preforms, the stitched preforms were not so widely covered so far. The stitching technique used in this study is considered as rapid process of preform preparation in which yarns or layers are arranged along selected directions in the plane and then tied together along predefined paths using a sewing needle. These through the thickness stitched carbon fibers preforms are developed and optimized for use in the manufacture of composite structures for aeronautical applications. It has been demonstrated that many 3D textile fabrics, especially stitched preforms, have a high potential for lower cost manufacturing and high performance of final composite structures with good damage tolerance and structural integrity (Ogale, 2007). When comparing studies carried out on the same reinforcements, sometimes it seems that contradictions appear; some studies claim that the stitching process does not affect or can slightly improve the properties in the plane, while others reveal that the properties are degraded by a needle that creates slight deviations and breaks the threads.

The technology used for producing the carbon fibre preforms is discussed along with salient results obtained from mechanical testing under compaction, in-plane shear and bending. Tests were conducted on unstitched preforms and preforms stitched using different parameters including stitch density and stitch pattern. It was demonstrated that the stitching configurations and densities affect compaction behavior of preforms leading to a decrease in fibre volume fraction. From shear and bending tests, it was found that stitching shows minimal effect on the response of stitched preforms comparing to unstitched fabrics. This behavior under shear and bending loading contributes the preforms the ability to comply with complex shapes such as T
stringers that were manufactured in the framework of the CRIAQ COMP-501 project.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présentée à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie mécanique". Comprend des références bibliographiques (pages 37-145).
Mots-clés libres: préformes cousues, couture OSS®, compaction, cisaillement cadre articulé, flexion
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Joncas, Simon
Codirecteur:
Codirecteur
Robitaille, François
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 18 janv. 2021 16:32
Dernière modification: 18 janv. 2021 16:32
URI: https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2051

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