EP4688403A1 - Assemblage comportant au moins une piece composite et des moyens de fixation - Google Patents

Assemblage comportant au moins une piece composite et des moyens de fixation

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Publication number
EP4688403A1
EP4688403A1 EP24714205.2A EP24714205A EP4688403A1 EP 4688403 A1 EP4688403 A1 EP 4688403A1 EP 24714205 A EP24714205 A EP 24714205A EP 4688403 A1 EP4688403 A1 EP 4688403A1
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EP
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composite part
composite
cavity
contact surface
assembly
Prior art date
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Pending
Application number
EP24714205.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Didier VALEMBOIS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Conseil et Technique SAS
Original Assignee
Conseil et Technique SAS
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Filing date
Publication date
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    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/08—Blades for rotors, stators, fans, turbines or the like, e.g. screw propellers
    • B29L2031/082—Blades, e.g. for helicopters

Definitions

  • Assembly comprising at least one composite part and fixing means
  • the present invention relates to the field of composite materials and, more particularly, to a composite part manufactured by means of a specific draping, the latter being adapted for association with a means of fixing said composite part to any second part.
  • French patent application FR 2 3 88 670 which describes an assembly intended to reinforce structural joints, comprising a reinforcement part with a certain number of bores for connecting this part to other elements.
  • connection proposed in this document is, therefore, of low resistance capacity, and no proposal is made to give the fibering resistance in the area of the longitudinal drilling.
  • the present invention aims to remedy, at least in part, the drawbacks of the mechanical fixing methods existing in the field of composite parts, by proposing the production of a fixing method allowing transmission of significant mechanical actions in the main direction of the composite walls, and also allowing resistance of the fibers to separation at the drilling.
  • the invention relates to an assembly comprising, at least, a first composite part consisting of a drape of unidirectional fiber sheets in a thermoplastic or thermosetting matrix, said first composite part being intended to be secured, at a fixing zone which it comprises, to a second part, composite or not, a bearing edge of said first composite part coming into contact with a bearing edge of said second part, thus creating a contact surface, said assembly further comprising means for fixing said first composite part to said second part.
  • Said assembly is particular in that, at least at the level of said fixing zone, said first composite part is composed of a drape consisting of a superposition of unidirectional sheets with different fiber orientation angles between two adjacent sheets, and in that, in a first exemplary embodiment, at the level of said fixing zone, at least one cavity is provided in said first composite part, parallel to said contact surface and in a direction perpendicular to the direction of the unidirectional layers, and at least one bore along an axis perpendicular to said contact surface, said bore starting from the support edge of said first composite part and opening into said cavity, said bore being intended to receive a threaded element while said cavity and the second part serve as support for clamping elements.
  • At least one cavity is provided in said first composite part, parallel to said contact surface created between said first composite part and said second composite part, and in a direction perpendicular to the direction of the unidirectional layers while the drilling is carried out along an axis inclined relative to this contact surface.
  • the cavity of said first composite part consists of a lumen
  • said first composite part comprises an excess thickness of unidirectional fiber layers at least in the fixing zone
  • said cavity formed in said first composite part is of cylindrical shape and the clamping element coming into said cavity consists of a threaded cylinder of dimensions adapted to those of said cavity;
  • the draping of unidirectional fiber sheets of said first composite part consists of a stack, repeated n times, composed of a first sheet, the fibers of which are oriented at 90° with the main axis of said first part, said first sheet being topped with a sandwich consisting of a central sheet, the fibers of which are oriented at 0° with the main axis of the first part between two intermediate sheets, the fibers of which are oriented at + or - 45° with the fibers of said first central sheet and with the fibers of the first sheet.
  • the invention also relates to a method for manufacturing a first composite part, consisting of a draping of unidirectional fiber sheets in a thermoplastic or thermosetting matrix, and of securing, by means of the assembly according to the present invention, said first composite part to a second part, composite or not, at a fixing zone comprised in said first composite part, a bearing edge of said first composite part coming into contact with a bearing edge of said second part, thus creating a contact surface.
  • said method is characterized in that it comprises, at least, the following steps, taken in order:
  • the draping of said first part is formed by superimposing n sheets of unidirectional fibers, the fibers of two adjacent sheets having different orientation angles, and the matrix is polymerized;
  • At least one hole is made along an axis perpendicular to said contact surface, starting from the support edge of said first composite part and opening into said cavity;
  • FIG.1 represents a schematic and perspective view of a particular embodiment of an assembly in accordance with the invention, comprising, on the left of the figure, a first composite part intended to be secured, through a fixing zone and via fixing means, to a second part, composite or not, visible on the right of the figure.
  • FIG.2 represents a schematic and cross-sectional view of the first composite part illustrating the succession of sheets of unidirectional fibers forming a drape in which holes are provided, also represented.
  • FIG.3 represents a schematic view of three non-limiting examples of embodiments of composite parts which can be secured to another part, composite or not, through the assembly in accordance with the invention, namely, from left to right, a fitting, a tube, or a turbo machine blade.
  • FIG. 4 represents a schematic and exploded view of an exemplary embodiment of an assembly according to the present invention, in which the first composite part consists of a first type of fitting.
  • FIG. 5 represents a schematic and perspective view of another exemplary embodiment of a part of an assembly according to the present invention, namely the first composite part, in which the latter consists of a second type of fitting.
  • FIG. 6 shows two different views, schematic and in perspective, of another example of embodiment of a part of an assembly according to the present invention, namely the first composite part, in which the latter consists of a third type of fitting, called multi-point fitting.
  • FIG. 7 shows two similar views, schematic and in perspective, one of the two views being an enlargement of a part of the second view, of another example of embodiment of a part of an assembly according to the present invention, namely the first composite part, wherein the latter consists of an I-beam.
  • FIG. 8 shows two schematic views, one in section and in perspective and the second in section and in its entirety, of another exemplary embodiment of a part of an assembly according to the present invention, namely the first composite part, in which the latter consists of a first type of tube having a constant diameter over its entire length.
  • FIG. 9 shows two schematic views, one in section and in perspective and the second in section and in its entirety, of another exemplary embodiment of a part of an assembly according to the present invention, namely the first composite part, in which the latter consists of a second type of tube having a larger diameter at the level of the fixing zone of said first composite part to a second part, composite or not, which is not illustrated in the figure.
  • FIG. 10 represents a partial schematic view of another exemplary embodiment of a part of an assembly according to the present invention, namely the first composite part, which has a flat surface perpendicular to the drilling.
  • FIG. 11 represents a partial schematic view of another exemplary embodiment of a part of an assembly according to the present invention, namely the first composite part, in which the cavity is formed parallel to a contact surface between said first part and a second part (not shown), while the drilling is carried out along an axis inclined relative to this contact surface.
  • the present invention relates, more particularly, to an assembly 1 comprising, on the one hand, a first composite part 2 intended to be secured, at the level of a fixing zone 21 which it comprises, to a second part 3.
  • This second part 3 can also be a composite part. However, it can also be a non-composite part. [0043] Said second part 3, composite or not, can be considered as forming part of the assembly 1 according to the invention, or as not forming part of said assembly 1.
  • Said first composite part 2 is, in a conventional manner, made up of a succession of sheets of unidirectional fibers 41, 42, 43, 44, 45 in a thermoplastic or thermosetting matrix.
  • the draping 4 consists of a superposition of sheets of unidirectional fibers 41, 42, 43, 44, 45 having different orientation angles of said fibers between two adjacent sheets.
  • two adjacent sheets can advantageously have unidirectional fibers having orientation angles different from + or - 45°, at least at the level of the fixing zone 21 of said first composite part 2 and, preferably, over the whole of said part 2.
  • the second part 3 to which the first composite part 2 is to be secured is also a part made of composite material, the latter can be manufactured in the same way as said first composite part 2. It can also be obtained by any other means known to those skilled in the art for manufacturing composite parts.
  • the drilling 7 is carried out parallel to the direction of the composite layers 41, 42, 43, 44, 45. That being said, the drilling 7 being of smaller dimensions than the cavity 6, and not being through, it does not have a negative influence on the resistance to separation of the fiber layers at the level of the fixing zone.
  • the assembly 1 of the present invention more preferably comprises a plurality of cavities 6 and an equivalent number of holes 7, the quantity and arrangement of these orifices being adapted according to the shapes and dimensions of said first composite part 2 to be secured to said second part 3.
  • said cavity 6, or said cavities where applicable, formed in said first composite part 2 have(s) a cylindrical shape.
  • the clamping element 52 intended to be positioned in said cavity 6 may consist of a threaded cylinder 52 of dimensions adapted to allow its insertion within said cavity 6, while the fixing means 5 are completed by a screw 51, 53.
  • This particularly preferred embodiment is that which is illustrated in FIG. 1 of the attached drawings.
  • said cavity 6, as well as the clamping element 52 intended to be integrated within said cavity 6, have any shapes and dimensions.
  • one of the edges of the cavity 6 has, at least partially, or even totally, a flat surface perpendicular to the bore 7. This advantageously allows the use of conventional screws and washers as tightening elements.
  • Such a design of an assembly 1 in accordance with the present invention allows the absorption of considerable tensile force, the resistance limit being the mechanical strength of the screws.
  • the shapes may be advantageously adapted to allow the fixing by tightening of the threaded elements on the side of the first composite part 2 (not illustrated), or on the side of the second part 3, composite or not, as illustrated in the figures.
  • intermediate support elements 54 visible in FIGS. 4, 5, 6, of the half-moon washer type, may optionally supplement the fixing means 5, in particular when the cavity 6 is concave in shape, the intermediate support element 54 then allowing clamping on a flat surface.
  • the draping 4 of the plies 41, 42, 43, 44, 45 of said first composite part 2 can be optimized and, in particular, the stacking of plies 41, 42, 43, 44 which is illustrated in FIG. 2 proves to be particularly effective, notably in terms of resistance.
  • the draping 4 of sheets 41, 42, 43, 44, 45 of unidirectional fibers of said first composite part 3 is made up of a stack of sheets 41, 42, 43, 44, 45, composed as follows:
  • a first sheet 41 is provided, the fibers of which are oriented at 90° to the main axis of said first part 2,
  • said first ply 41 is topped with a sandwich consisting of a central ply 43 whose fibers are oriented at 0° with the main axis of the first composite part 2 between two intermediate plies 42, 44 whose fibers are oriented at + or - 45° with the fibers of said first central ply 43 and with the fibers of the first ply 41,
  • said first composite part 2 comprises an excess thickness E of unidirectional fiber sheets 41, 42, 43, 44, 45, at least in the fixing zone 21 of this composite part 2 to a second part 3, composite or not.
  • this represents a part of an assembly according to the invention, namely the first composite part 2, in a second exemplary embodiment of the invention, similar to the first, the cavity 6 being again formed parallel to the contact surface between the two parts 2, 3 to be assembled, and in a direction perpendicular to the plane of the draping 4 of the unidirectional sheets 41, 42, 43, 44, 45, while, unlike the first exemplary embodiment described above, the drilling 7 is arranged along an axis which is inclined relative to said contact surface created between said two parts 2, 3 to be assembled.
  • the drilling 7, in the representation on the left of figure 11, where the clamping element passes, can be inclined in the mean plane of the surface of the composite part 2, for example to increase the shear transmission capacity of the connection, or to transmit a torsion torque for a shaft.
  • the drilling 7 can also be inclined in the plane perpendicular to the mean plane of the composite surface 2, to facilitate the installation of the clamping elements.
  • the present invention also relates to a method of manufacturing, on the one hand, a first composite part 2, consisting of a drape 4 of sheets of unidirectional fibers 41, 42, 43, 44, 45 in a thermoplastic or thermosetting matrix, and of securing, on the other hand, by means of the assembly 1 described above, said first composite part 2 to a second part 3, composite or not.
  • the joining of the two parts 2, 3 is carried out at the level of a fixing zone 21 which comprises said first composite part 2, a bearing edge 22 of said first composite part 2 coming into contact with a bearing edge 32 of said second part 3, thus creating a contact surface between said first composite part 2, and the second part 3, the latter possibly being composite or not.
  • the manufacturing and joining process according to the invention comprises at least the following steps, taken in order:
  • the drape 4 of said first part 2 is formed by superimposing n sheets of unidirectional fibers 41, 42, 43, 44, 45, the fibers of two sheets adjacent having different fiber orientation angles, and polymerization of the thermoplastic or thermosetting matrix is carried out;
  • At least one cavity 6 is provided at the level of said fixing zone 21 which said first composite part 2 comprises, the latter preferably having an excess thickness of fiber sheets, said cavity 6 being produced along an axis parallel to the contact surface between said first composite part 2 and the second part 3, composite or not, said cavity 6 being arranged in a direction perpendicular to the main direction of the draping 4 of the unidirectional sheets 41, 42, 43, 44, 45;
  • At least one hole 7 is made along an axis perpendicular to the contact surface or, as the case may be, inclined relative to this contact surface, starting from the bearing edge 22 of said first composite part 2 and opening into the cavity 6 which was drilled in the fixing zone 21 in the previous step;
  • Figures 4 and following illustrate various applications of the present invention for a connection of a first composite part 2 to a second part 3, in composite or not.
  • the first composite part 2 consists of a fitting, in particular a multi-point fitting in Figure 6.
  • the first composite part 2 consists of an I-beam.
  • the first composite part 2 consists of a tube
  • the tube of Figure 8 has a constant diameter over its entire length, and, at its fixing zone 21, an increase in thickness is made to compensate for the material shrinkage and to have the thickness necessary for the fixing means.
  • the fixing axis is offset from the main axis of the composite part 2, which makes it possible to adapt the shape of the composite part to the fixing method for reinforcement at the fixing zone.
  • the invention has applications in the production of aeronautical fittings, transmission shafts, masts, beams, etc.

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Abstract

L'invention concerne un assemblage (1) comportant, au moins, une première pièce composite (2) constituée d'un drapage (4) de nappes de fibres unidirectionnelles (41, 42, 43, 44, 45) dans une matrice thermoplastique ou thermodurcissable, ladite pièce (2) étant destinée à être solidarisée, au niveau d'une zone de fixation (21), à une deuxième pièce (3), un bord d'appui (22) de ladite pièce (2) venant en contact sur un bord d'appui (32) de ladite deuxième pièce (3) créant une surface de contact, ledit assemblage (1) comportant des moyens de fixation (5) de ladite première pièce à ladite deuxième pièce. Au niveau de ladite zone de fixation, ladite première pièce est composée d'un drapage (4) constitué d'une superposition de nappes unidirectionnelles (41, 42, 43, 44, 45) avec des angles d'orientation des fibres différents entre deux nappes adjacentes. Au niveau de ladite zone de fixation, au moins une cavité (6) est ménagée dans ladite première pièce, parallèlement à ladite surface de contact et selon une direction perpendiculaire à la direction des nappes unidirectionnelles (41, 42, 43, 44, 45), et au moins un perçage (7) perpendiculaire à ladite surface de contact, ledit perçage (7) partant du bord d'appui (22) de celle-ci et débouchant dans ladite cavité (6), et étant destiné à recevoir un élément fileté (51) tandis que ladite cavité et la deuxième pièce (3) servent d'appui à des éléments de serrage (52, 53). Ledit perçage (7) peut également être effectué selon un axe incliné par rapport à ladite surface de contact.

Description

Description
Titre de l'invention : Assemblage comportant au moins une pièce composite et des moyens de fixation
[0001 ] (La présente invention concerne le domaine des matériaux composites et, plus particulièrement, d’une pièce composite fabriquée au moyen d’un drapage spécifique, ce dernier étant adapté en vue d’une association avec un moyen de fixation de ladite pièce composite à une seconde pièce quelconque.
[0002] La fixation des pièces composites à une autre pièce, que celle-ci soit également en composite ou en un matériau non composite, constitue un paramètre important dans le design et la fabrication desdites pièces composites.
[0003] En effet, notamment, les fixations mécaniques, comme des pinces ou des vis, entre une pièce composite et une seconde pièce, engendrent des surcontraintes locales, en sorte que ces fixations représentent le point faible des structures composites et peuvent aboutir à un fissurage du composite et à des défaillances prématurées.
[0004] En particulier, dans les fixation classiques, l’excentration de la fixation par rapport à la fibre neutre de la pièce provoque de la flexion. Or, cette sollicitation est une difficulté particulière dans le domaine des composites, car cela crée une zone fragile dans la zone de changement de direction, en particulier dans les ferrures en T ou en L, inconvénient qui est de plus accentué par le fait que les variations de direction de coques sont difficiles à réaliser donc coûteuses.
[0005] On connait en particulier, dans l’état de la technique, la demande de brevet français FR 2 3 88 670 qui décrit un assemblage destiné à renforcer les joints structurels, comportant une pièce de renforcement avec un certain nombre d’alésages pour relier cette pièce à d’autres éléments.
[0006] Ainsi, cette pièce de renforcement est percée d’un premier trou dont l’axe est parallèle à une arête supérieure de la pièce. Plusieurs trous transversaux communiquant avec le perçage longitudinal unique débouchent dans le bord extérieur de la base de la pièce. Cette dernière peut assujettir deux éléments d’une structure, au moyen d’un goujon cylindrique, enfoncé dans le perçage longitudinal unique, et de vis traversant des trous percés, en face des trous transversaux communiquant avec le perçage longitudinal unique. Les vis sont reliées au goujon pour assujettir l’un à l’autre les éléments.
[0007] Ainsi, dans cette pièce composite le perçage principal, se fait parallèlement à la direction des couches composites.
[0008] En conséquence de ce perçage parallèle à la direction des couches composites, les efforts dus aux éléments de fixation ont tendance à séparer les couches composites qui ne sont tenues que par la résine, en traction.
[0009] La liaison proposée dans ce document est, par conséquent, de faible capacité de résistance, et aucune proposition n’est faite pour donner au fibrage une résistance dans la zone du perçage longitudinal.
[0010] En outre, considérant la configuration telle que décrite dans le document susmentionné, il serait impossible de réaliser un perçage longitudinal le long d’une paroi de grande dimension, ou dans une paroi non rectiligne.
[0011] La présente invention a pour but de remédier, au moins en partie, aux inconvénients des modes de fixation mécaniques existant dans le domaine des pièces composites, en proposant la réalisation d’un mode de fixation permettant une transmission d’actions mécaniques significatives dans la direction principale des parois composites, et permettant également une résistance du fibrage à l’écartement au niveau du perçage.
[0012] A cet effet, l’invention concerne un assemblage comportant, au moins, une première pièce composite constituée d’un drapage de nappes de fibres unidirectionnelles dans une matrice thermoplastique ou thermodurcissable, ladite première pièce composite étant destinée à être solidarisée, au niveau d’une zone de fixation qu’elle comporte, à une deuxième pièce, composite ou non, un bord d’appui de ladite première pièce composite venant en contact sur un bord d’appui de ladite deuxième pièce, créant ainsi une surface de contact, ledit assemblage comportant, en outre, des moyens de fixation de ladite première pièce composite à ladite deuxième pièce.
[0013] Ledit assemblage est particulier en ce que, au moins au niveau de ladite zone de fixation, ladite première pièce composite est composée d’un drapage constitué d’une superposition de nappes unidirectionnelles avec des angles d’orientation des fibres différents entre deux nappes adjacentes, et en ce que, dans un premier exemple de réalisation, au niveau de ladite zone de fixation, au moins une cavité est ménagée dans ladite première pièce composite, parallèlement à ladite surface de contact et selon une direction perpendiculaire à la direction des nappes unidirectionnelles, et au moins un perçage selon un axe perpendiculaire à ladite surface de contact, ledit perçage partant du bord d’appui de ladite première pièce composite et débouchant dans ladite cavité, ledit perçage étant destiné à recevoir un élément fileté tandis que ladite cavité et la deuxième pièce servent d’appui à des éléments de serrage.
[0014] Ainsi, au travers de l’invention, le fait de solliciter dans l’axe du fibrage de la pièce composite permet de résoudre les problématiques rencontrées dans les assemblages existant dans l’état de la technique.
[0015] Dans un deuxième exemple de réalisation de l’assemblage de l’invention, au moins une cavité est ménagée dans ladite première pièce composite, parallèlement à ladite surface de contact créée entre ladite première pièce composite et ladite seconde pièce composite, et selon une direction perpendiculaire à la direction des nappes unidirectionnelles tandis que le perçage est réalisé selon un axe incliné par rapport à cette surface de contact.
[0016] Selon des modes de réalisation particuliers de l’assemblage de l’invention, qu’il s’agisse du premier ou du deuxième exemple de réalisation tels que décrits ci-dessus :
[0017] - la cavité de ladite première pièce composite consiste en une lumière ;
[0018] - ladite première pièce composite comporte une surépaisseur de nappes de fibres unidirectionnelles au moins dans la zone de fixation ;
[0019] - ladite cavité ménagée dans ladite première pièce composite est de forme cylindrique et l’élément de serrage venant dans ladite cavité consiste en un cylindre fileté de dimensions adaptées à celles de ladite cavité ;
[0020] - le drapage de nappes de fibres unidirectionnelles de ladite première pièce composite est constitué d’un empilement, répété n fois, composé d’une première nappe, dont les fibres sont orientées à 90° avec l’axe principal de ladite première pièce, ladite première nappe étant surmontée d’un sandwich constitué d’une nappe centrale dont les fibres sont orientées à 0° avec l’axe principal de la première pièce entre deux nappes intermédiaires dont les fibres sont orientées à + ou - 45° avec les fibres de ladite première nappe centrale et avec les fibres de la première nappe.
[0021] L’invention concerne, également, un procédé de fabrication d’une première pièce composite, constituée d’un drapage de nappes de fibres unidirectionnelles dans une matrice thermoplastique ou thermodurcissable, et de solidarisation, au moyen de l’assemblage selon la présente invention, de ladite première pièce composite à une deuxième pièce, composite ou non, au niveau d’une zone de fixation que comporte ladite première pièce composite, un bord d’appui de ladite première pièce composite venant en contact sur un bord d’appui de ladite deuxième pièce, créant ainsi une surface de contact.
[0022] Plus particulièrement, ledit procédé est caractérisé en ce qu’il comporte, au moins, les étapes suivantes, prises dans l’ordre :
[0023] - On forme le drapage de ladite première pièce en superposant n nappes de fibres unidirectionnelles, les fibres de deux nappes adjacentes ayant des angles d’orientation différents, et on procède à la polymérisation de la matrice ;
[0024] - On ménage au moins une cavité au niveau d’une zone de fixation que comporte ladite première pièce composite, ladite cavité se présentant parallèlement à ladite surface de contact et selon une direction perpendiculaire à la direction des nappes unidirectionnelles ;
[0025] - On réalise au moins un perçage selon un axe perpendiculaire à ladite surface de contact, en partant du bord d’appui de ladite première pièce composite et débouchant dans ladite cavité ;
[0026] - On met en contact ledit bord d’appui de ladite première pièce composite avec ledit bord d’appui de ladite deuxième pièce, et on insère un élément fileté dans ledit perçage et des éléments de serrage dans ladite cavité et au niveau de ladite deuxième pièce pour procéder à la solidarisation desdites deux pièces.
[0027] Lorsque le procédé a pour but la fabrication de l’assemblage selon le deuxième exemple de réalisation de l’invention, tel que décrit déjà ci-dessus, les étapes sont similaires, à l’exception du fait que le perçage est effectué selon un axe incliné par rapport à ladite surface de contact entre la première pièce composite et la deuxième pièce, composite ou non. [0028] D’autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre se rapportant à des modes de réalisation qui ne sont donnés qu’à titre d’exemples indicatifs et non limitatifs.
[0029] La compréhension de cette description sera facilitée en se référant aux dessins joints en annexe et dans lesquels :
[0030] [Fig.1 ] représente une vue schématisée et en perspective d’un mode de réalisation particulier d’un assemblage conforme à l’invention, comportant, sur la gauche de la figure, une première pièce composite destinée à être solidarisée, au travers d’une zone de fixation et via des moyens de fixation, à une deuxième pièce, composite ou non, visible sur la droite de la figure.
[0031] [Fig.2] représente une vue schématisée et en coupe de la première pièce composite illustrant la succession de nappes de fibres unidirectionnelles formant un drapage dans lequel sont ménagés des perçages, également représentés.
[0032] [Fig.3] représente une vue schématisée de trois exemples de réalisation non limitatifs de pièces composites pouvant être solidarisées à une autre pièce, composite ou non, au travers de l’assemblage conforme à l’invention, à savoir, de gauche à droite, une ferrure, un tube, ou une pale de turbo machine.
[0033] [Fig. 4] représente une vue schématisée et en éclatée d’un exemple de réalisation d’un assemblage selon la présente invention, dans lequel la première pièce composite consiste en un premier type de ferrure.
[0034] [Fig. 5] représente une vue schématisée et en perspective d’un autre exemple de réalisation d’une partie d’un assemblage selon la présente invention, à savoir la première pièce composite, dans lequel cette dernière consiste en un deuxième type de ferrure.
[0035] [Fig. 6] représente deux vues différentes, schématisées et en perspectives, d’un autre exemple de réalisation d’une partie d’un assemblage selon la présente invention, à savoir la première pièce composite, dans lequel cette dernière consiste en un troisième type de ferrure, dite ferrure multipoint.
[0036] [Fig. 7] représente deux vues similaires, schématisées et en perspective, l’une des deux vues étant un agrandissement d’une partie de la seconde vue, d’un autre exemple de réalisation d’une partie d’un assemblage selon la présente invention, à savoir la première pièce composite, dans lequel cette dernière consiste en une poutre en I.
[0037] [Fig. 8] représente deux vues schématisées, l’une en coupe et en perspective et la seconde en coupe et en intégralité, d’un autre exemple de réalisation d’une partie d’un assemblage selon la présente invention, à savoir la première pièce composite, dans lequel cette dernière consiste en un premier type de tube présentant un diamètre constant sur l’ensemble de sa longueur.
[0038] [Fig. 9] représente deux vues schématisées, l’une en coupe et en perspective et la seconde en coupe et en intégralité, d’un autre exemple de réalisation d’une partie d’un assemblage selon la présente invention, à savoir la première pièce composite, dans lequel cette dernière consiste en un deuxième type de tube présentant un diamètre plus important au niveau de la zone de fixation de ladite première pièce composite à une seconde pièce, composite ou non, qui n’est pas illustrée sur la figure.
[0039] [Fig. 10] représente une vue schématisée partielle, d’un autre exemple de réalisation d’une partie d’un assemblage selon la présente invention, à savoir la première pièce composite, laquelle présente une surface plane perpendiculaire au perçage.
[0040] [Fig. 11] représente une vue schématisée partielle, d’un autre exemple de réalisation d’une partie d’un assemblage selon la présente invention, à savoir la première pièce composite, dans lequel la cavité est ménagée parallèlement à une surface de contact entre ladite première pièce et une seconde pièce (non représentée), tandis que le perçage est effectué selon un axe incliné par rapport à cette surface de contact.
[0041] En référence aux figures des dessins ci-joints, la présente invention concerne, plus particulièrement, un assemblage 1 comportant, d’une part, une première pièce composite 2 destinée à être solidarisée, au niveau d’une zone de fixation 21 qu’elle comporte, à une deuxième pièce 3.
[0042] Cette deuxième pièce 3 peut également être une pièce composite. Toutefois, il peut également s’agir d’une pièce non composite. [0043] Ladite deuxième pièce 3, composite ou non, peut être considérée comme faisant partie de l’assemblage 1 conforme à l’invention, ou bien comme ne faisant pas partie dudit assemblage 1 .
[0044] Ladite première pièce composite 2 est, de manière classique, constituée d’une succession de nappes de fibres unidirectionnelles 41 , 42, 43, 44, 45 dans une matrice thermoplastique ou thermodurcissable.
[0045] Lesdites nappes 41 , 42, 43, 44, 45 sont superposées les unes sur les autres en sorte de former un drapage 4, qui est plus particulièrement illustré, de manière très schématique, sur la figure 2 des dessins ci-joints.
[0046] Selon une particularité de l’invention, au moins au niveau de la zone de fixation 21 de ladite première pièce composite 2, le drapage 4 est constitué d’une superposition de nappes de fibres unidirectionnelles 41 , 42, 43, 44, 45 présentant des angles d’orientation desdites fibres différents entre deux nappes adjacentes.
[0047] Ainsi, par exemple, deux nappes adjacentes peuvent présenter avantageusement des fibres unidirectionnelles présentant des angles d’orientation différents de + ou - 45°, au moins au niveau de la zone de fixation 21 de ladite première pièce composite 2 et, de préférence, sur l’ensemble de ladite pièce 2.
[0048] Bien évidemment, lorsque la seconde pièce 3 à laquelle doit être solidarisée la première pièce composite 2 est, également, une pièce en matériau composite, cette dernière peut être fabriquée de la même manière que ladite première pièce composite 2. Elle peut également être obtenue par tout autre moyen connu de l’homme du métier pour fabriquer des pièces composites.
[0049] Pour en revenir à la solidarisation entre ladite première pièce composite 2 et la seconde pièce 3, composite ou non, celle-ci s’effectue, d’une part, au travers de la mise en contact d’un bord d’appui 22 que comporte ladite première pièce composite 2, au niveau de la zone de fixation 21 , avec un bord d’appui 32 que comporte la seconde pièce composite 3 ce qui permet la création d’une surface de contact entre ces deux pièces 2, 3 et, d’autre part, par l’intermédiaire de moyens de fixation 5. [0050] La surface de contact entre les deux pièces peut être plane ou courbe (comme représenté par exemple sur la figure 3 des dessins ci joints, illustrant une pale fixée sur un tube).
[0051] Selon une autre particularité de l’assemblage 1 de l’invention, au niveau de la zone de fixation 21 de la première pièce composite 2, au moins une cavité 6 est formée dans ladite première pièce composite 2, selon une orientation parallèle à ladite surface de contact entre ladite première pièce 2 et la seconde pièce 3. Ladite cavité 6 est ainsi perpendiculaire à l’axe principal de ladite pièce 2. En d’autres termes, cela signifie que ladite cavité 6 est arrangée selon une direction perpendiculaire à la direction principale du drapage 4 des nappes unidirectionnelles 41 , 42, 43, 44, 45.
[0052] Le fait que l’axe du perçage de la cavité 6 soit dans la direction perpendiculaire au plan du drapage 4 de couches de fibres 41 , 42, 43, 44, 45 permet, en association avec l’arrangement des nappes unidirectionnelles de fibres 41 , 42, 43, 44, 45 une amélioration de la tenue mécanique du perçage lors de la sollicitation de celui-ci du fait des fixations qui seront décrites ultérieurement.
[0053] En conséquence, au niveau du perçage de la cavité 6, le fibrage conserve une résistance optimale à l’écartement.
[0054] Outre ladite cavité 6, au moins un perçage 7 est ménagé, selon un axe perpendiculaire à ladite surface de contact entre les deux pièces 2, 3, ledit perçage 7 partant plus particulièrement du bord d’appui 22 de la zone de fixation 21 de la pièce 2, et débouchant dans la cavité 6.
[0055] Ainsi, contrairement à la cavité 6, le perçage 7 est effectué parallèlement à la direction des couches composites 41 , 42, 43, 44, 45. Cela étant, le perçage 7 étant de dimensions moindres que la cavité 6, et n’étant pas traversant, il n’influence pas de manière négative sur la résistance à l’écartement des couches de fibres au niveau de la zone de fixation.
[0056] Le perçage 7 est destiné à recevoir un élément fileté 51 que comportent les moyens de fixation 5, tandis que la cavité 6 et la deuxième pièce 3 servent d’appui à des éléments de serrage 52, 53 qui composent également les moyens de fixation 5. [0057] La cavité 6 est préférentiellement débouchante en sorte que celle-ci peut consister en une lumière, selon le mode de réalisation qui est illustré sur les figures jointes.
[0058] A noter que, de préférence, et comme cela est représenté notamment sur les figures 1 et 3 à 9, l’assemblage 1 de la présente invention comporte plus préférentiellement une pluralité de cavités 6 et un nombre équivalent de perçages 7, la quantité et la disposition de ces orifices étant adaptées selon les formes et dimensions de ladite première pièce composite 2 devant être solidarisée à ladite deuxième pièce 3.
[0059] Tout préférentiellement, et comme illustré sur les figures jointes, ladite cavité 6, ou lesdites cavités le cas échéant, ménagée(s) dans ladite première pièce composite 2 présente(nt) une forme cylindrique.
[0060] Ainsi, l’élément de serrage 52 destiné à être positionné dans ladite cavité 6 peut consister en un cylindre fileté 52 de dimensions adaptées en sorte de permettre son insertion au sein de ladite cavité 6, tandis que les moyens de fixation 5 sont complétés par une vis 51 , 53. Ce mode de réalisation particulièrement préférentiel est celui qui est illustré sur la figure 1 des dessins ci-joints.
[0061] Toutefois, il est envisageable que ladite cavité 6, de même que l’élément de serrage 52 destiné à être intégré au sein de ladite cavité 6, présentent toutes formes et dimensions.
[0062] En référence à la figure 10 des dessins ci joints, il est ainsi envisageable que l’un des bords de la cavité 6 présente, au moins partiellement, voire totalement, une surface plane perpendiculaire au perçage 7. Cela permet avantageusement l'usage de vis et rondelles classiques en tant qu’éléments de serrage.
[0063] Une telle conception d’un assemblage 1 conforme à la présente invention permet la reprise d’effort en traction considérable, la limite de résistance étant la tenue mécanique des vis.
[0064] Bien entendu, les formes pourront être avantageusement adaptées pour permettre la fixation par serrage des éléments filetés du côté de la première pièce composite 2 (non illustré), ou bien du côté de la seconde pièce 3, composite ou non, comme cela est illustré sur les figures. [0065] En outre, des éléments intermédiaires d’appui 54, visibles sur les figures 4, 5, 6, de type rondelle demi-lune, peuvent éventuellement compléter les moyens de fixation 5, en particulier lorsque la cavité 6 est de forme concave, l’élément intermédiaire d’appui 54 permettant alors un serrage sur une surface plane.
[0066] A noter que le drapage 4 des nappes 41 , 42, 43, 44, 45 de ladite première pièce composite 2 peut être optimisé et, en particulier, l’empilement de nappes 41 , 42, 43, 44 qui est illustré sur la figure 2 se révèle particulièrement efficace, notamment en termes de résistance.
[0067] Tout particulièrement, le drapage 4 de nappes 41 , 42, 43, 44, 45 de fibres unidirectionnelles de ladite première pièce composite 3 est constitué d’un empilement de nappes 41 , 42, 43, 44, 45, composé comme suit :
[0068] - on dispose une première nappe 41 dont les fibres sont orientées à 90° avec l’axe principal de ladite première pièce 2,
[0069] - ladite première nappe 41 est surmontée d’un sandwich constitué d’une nappe centrale 43 dont les fibres sont orientées à 0° avec l’axe principal de la première pièce composite 2 entre deux nappes intermédiaires 42, 44 dont les fibres sont orientées à + ou - 45° avec les fibres de ladite première nappe centrale 43 et avec les fibres de la première nappe 41 ,
[0070] - on répète n fois cet empilement, en recommençant avec une nappe 45 dont les fibres sont orientées à 90° avec l’axe principal de ladite première pièce 2, etc.
[0071] De manière particulièrement avantageuse, ladite première pièce composite 2 comporte une surépaisseur E de nappes de fibres unidirectionnelles 41 , 42,43, 44, 45, au moins dans la zone de fixation 21 de cette pièce composite 2 à une deuxième pièce 3, composite ou non.
[0072] En référence à la figure 11 des dessins ci-joints, celle-ci représente une partie d’un assemblage selon l’invention, à savoir la première pièce composite 2, dans un deuxième exemple de réalisation de l’invention, similaire au premier, la cavité 6 étant là encore ménagée parallèlement à la surface de contact entre les deux pièces 2, 3 à assembler, et selon une direction perpendiculaire au plan du drapage 4 des nappes unidirectionnelles 41 , 42, 43, 44, 45, tandis que, contrairement au premier exemple de réalisation décrit précédemment, le perçage 7 est ménagé selon un axe qui est incliné par rapport à ladite surface de contact créée entre lesdites deux pièces 2, 3 à assembler.
[0073] Ainsi le perçage 7, sur la représentation à gauche de la figure 11 , où passe l’élément de serrage, peut être incliné dans le plan moyen de la surface de la pièce composite 2, par exemple pour augmenter la capacité de transmission en cisaillement de la liaison, ou de transmission d’un couple de torsion pour un arbre.
[0074] En ce qui concerne la partie droite de la figure 11 , le perçage 7 peut également être incliné dans le plan perpendiculaire au plan moyen de la surface composite 2, pour faciliter la pose des éléments de serrage.
[0075] L’ensemble des caractéristiques qui ont été décrites ci-dessus, en lien avec le premier exemple de réalisation de l’assemblage, dans lequel la première pièce composite 2 comporte un perçage 7 ménagé selon un axe perpendiculaire à ladite surface de contact entre ladite première pièce composite 2 et une seconde pièce 3, sont également applicables à ce deuxième exemple de réalisation dans lequel le perçage 7 est incliné par rapport à cette surface de contact.
[0076] La présente invention est également relative à un procédé de fabrication, d’une part, d’une première pièce composite 2, constituée d’un drapage 4 de nappes de fibres unidirectionnelles 41 , 42, 43, 44, 45 dans une matrice thermoplastique ou thermodurcissable, et de solidarisation, d’autre part, au moyen de l’assemblage 1 décrit ci-dessus, de ladite première pièce composite 2 à une deuxième pièce 3, composite ou non.
[0077] Comme déjà évoqué, la solidarisation des deux pièces 2, 3 est réalisée au niveau d’une zone de fixation 21 que comporte ladite première pièce composite 2, un bord d’appui 22 de ladite première pièce composite 2 venant en contact sur un bord d’appui 32 de ladite deuxième pièce 3, créant ainsi une surface de contact entre ladite première pièce composite 2, et la deuxième pièce 3, celle-ci pouvant être composite ou non.
[0078] Le procédé de fabrication et de solidarisation conforme à l’invention comporte, au moins, les étapes suivantes, prises dans l’ordre :
[0079] - On forme le drapage 4 de ladite première pièce 2 en superposant n nappes de fibres unidirectionnelles 41 , 42, 43, 44, 45, les fibres de deux nappes adjacentes ayant des angles d’orientation de fibres différents, et on procède à une polymérisation de la matrice thermoplastique ou thermodurcissable ;
[0080] - à noter que, préférentiellement, mais optionnellement, lors de la formation du drapage 4, on réalise une surépaisseur E de nappes de fibres unidirectionnelles au moins dans la zone de fixation 21 de la première pièce composite 2 qui va intervenir dans les étapes ultérieures de solidarisation de celle-ci à la deuxième pièce 3 ;
[0081] - On ménage au moins une cavité 6 au niveau de ladite zone de fixation 21 que comporte ladite première pièce composite 2, celle-ci présentant préférentiellement une surépaisseur de nappes de fibres, ladite cavité 6 étant réalisée selon un axe parallèle à la surface de contact entre ladite première pièce composite 2 et la deuxième pièce 3, composite ou non, ladite cavité 6 étant arrangée selon une direction perpendiculaire à la direction principale du drapage 4 des nappes unidirectionnelles 41 , 42, 43, 44, 45 ;
[0082] - On réalise au moins un perçage 7 selon un axe perpendiculaire à la surface de contact ou, selon le cas, incliné par rapport à cette surface de contact, en partant du bord d’appui 22 de ladite première pièce composite 2 et débouchant dans la cavité 6 qui a été percée dans la zone de fixation 21 à l’étape précédente ;
[0083] - On met en contact ledit bord d’appui 22 de ladite première pièce composite 2 avec ledit bord d’appui 32 de ladite deuxième pièce 3, et on insère un élément fileté 51 dans ledit perçage 7 et des éléments de serrage 52, 53 dans ladite cavité 6 et au niveau de ladite deuxième pièce 3 pour procéder à la solidarisation de ladite première pièce composite 2 avec ladite deuxième pièce 3.
[0084] Les éléments et caractéristiques préférentielles qui ont été décrits en lien avec l’assemblage 1 de l’invention peuvent bien évidemment être appliqués au procédé de l’invention, notamment en ce qui concerne l’enchaînement des nappes de fibres pour la formation du drapage 4, et en ce qui concerne la pluralité de cavités 6 et de perçages 7 pouvant être prévus au niveau de la zone de fixation 21 de la première pièce composite 2. [0085] En référence à présent à la figure 3 des dessins ci-joint, il est à noter que le système de fixation conforme à l’invention pourra suivre l’évolution géométrique de la paroi de la pièce composite 2 à fixer, de manière à optimiser la cohésion de l’assemblage entre ladite pièce composite 2 et une seconde pièce 3, en particulier lors de sollicitations pouvant être complexes ou dans des géométries complexes, telles que des ferrures 2a, des tubes 2b, ou des pales de turbomachine 2c.
[0086] Les figures 4 et suivantes illustrent diverses applications de la présente invention pour une liaison d’une première pièce composite 2 à une deuxième pièce 3, en composite ou non.
[0087] Ainsi, sur les figures 4, 5, 6, la première pièce composite 2 consiste en une ferrure, en particulier une ferrure multipoint sur la figure 6.
[0088] Sur la figure 7, la première pièce composite 2 consiste en une poutre en I.
[0089] Sur les figures 8 et 9, la première pièce composite 2 consiste en un tube
[0090] Le tube de la figure 8 présente un diamètre constant sur toute sa longueur, et, au niveau de sa zone de fixation 21 , on réalise une augmentation d’épaisseur pour compenser les retraits de matière et pour avoir l’épaisseur nécessaire aux moyens de fixation.
[0091] Sur la figure 9, est représenté un tube de diamètre plus important au niveau de la zone de fixation 21 de ladite première pièce composite 2 à une seconde pièce composite 3, en sorte de permettre un dégagement pour faciliter la mise en place des moyens de fixation et pour un accès axial à ces moyens de fixation (non illustrés sur la figure).
[0092] Dans cette application particulière, représentée sur la figure 9, on peut noter que l’axe de fixation est en décalage par rapport à l’axe principal de la pièce composite 2 ce qui permet d’adapter la forme de la pièce composite au mode de fixation pour un renforcement au niveau de la zone de fixation.
[0093] De manière plus générale, l’invention présente des applications dans la réalisation de ferrures aéronautiques, les arbres de transmission, les mâts, les poutres, etc.

Claims

Revendications
[Revendication 1] (Assemblage (1 ) comportant, au moins, une première pièce composite (2) constituée d’un drapage (4) de nappes de fibres unidirectionnelles (41 , 42, 43, 44, 45) dans une matrice thermoplastique ou thermodurcissable, ladite première pièce composite (2) étant destinée à être solidarisée, au niveau d’une zone de fixation (21 ) qu’elle comporte, à une deuxième pièce (3), composite ou non, un bord d’appui (22) de ladite première pièce composite (2) venant en contact sur un bord d’appui (32) de ladite deuxième pièce (3) créant une surface de contact, ledit assemblage (1 ) comportant, en outre, des moyens de fixation (5) de ladite première pièce composite (2) à ladite deuxième pièce (2) et étant caractérisé en ce que, au moins au niveau de ladite zone de fixation (22), ladite première pièce composite (2) est composée d’un drapage (4) constitué d’une superposition de nappes unidirectionnelles (41 , 42, 43, 44, 45) avec des angles d’orientation des fibres différents entre deux nappes adjacentes, et en ce que, au niveau de ladite zone de fixation (21 ), au moins une cavité (6) est ménagée dans ladite première pièce composite (3), parallèlement à ladite surface de contact et selon une direction perpendiculaire à la direction des nappes unidirectionnelles (41 , 42, 43, 44, 45), et au moins un perçage (7) selon un axe perpendiculaire à ladite surface de contact, ledit perçage (7) partant du bord d’appui (22) de ladite première pièce composite (2) et débouchant dans ladite cavité (6), ledit perçage (7) étant destiné à recevoir un élément fileté (51 ) tandis que ladite cavité (6) et la deuxième pièce (3) servent d’appui à des éléments de serrage (52, 53).
[Revendication 2] Assemblage (1 ) selon la revendication 1 caractérisé en ce que la cavité (6) de ladite première pièce composite (2) consiste en une lumière.
[Revendication 3] Assemblage (1 ) selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que ladite première pièce composite (2) comporte une surépaisseur (E) de nappes de fibres unidirectionnelles (41 , 42, 43, 44, 45) au moins dans la zone de fixation (21 ).
[Revendication 4] Assemblage (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite cavité (6) ménagée dans ladite première pièce composite (2) est de forme cylindrique et l’élément de serrage (52) venant dans ladite cavité (6) consiste en un cylindre fileté (52) de dimensions adaptées à celles de ladite cavité (6).
[Revendication 5] Assemblage (1 ) selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le drapage (4) de nappes de fibres unidirectionnelles de ladite première pièce composite (2) est constitué d’un empilement, répété n fois, composé d’une première nappe (41 ), dont les fibres sont orientées à 90° avec l’axe principal de ladite première pièce (2), ladite première nappe (41 ) étant surmontée d’un sandwich constitué d’une nappe centrale (43) dont les fibres sont orientées à 0° avec l’axe principal de la première pièce entre deux nappes intermédiaires (42, 44) dont les fibres sont orientées à + ou - 45° avec les fibres de ladite première nappe centrale (43) et avec les fibres de la première nappe (41 ).
[Revendication 6] Procédé de fabrication d’une première pièce composite
(2), constituée d’un drapage (4) de nappes de fibres unidirectionnelles (41 , 42, 43, 44, 45) dans une matrice thermoplastique ou thermodurcissable, et de solidarisation, au moyen de l’assemblage (1 ) selon l’une des revendications précédentes, de ladite première pièce composite (2) à une deuxième pièce
(3), composite ou non, au niveau d’une zone de fixation (21 ) que comporte ladite première pièce composite (2), un bord d’appui (22) de ladite première pièce composite (2) venant en contact sur un bord d’appui (32) de ladite deuxième pièce (3) créant une surface de contact, ledit procédé étant caractérisé en ce qu’il comporte, au moins, les étapes suivantes, prises dans l’ordre :
- On forme le drapage (4) de ladite première pièce (2) en superposant n nappes de fibres unidirectionnelles (41 , 42, 43, 44, 45), les fibres de deux nappes adjacentes ayant des angles d’orientation différents, et on procède à la polymérisation de la matrice ;
- On ménage au moins une cavité (6) au niveau d’une zone de fixation (21 ) que comporte ladite première pièce composite (2), ladite cavité (6) se présentant parallèlement à ladite surface de contact et selon une direction perpendiculaire à la direction des nappes unidirectionnelles (41 , 42, 43, 44, 45) ; - On réalise au moins un perçage (7) selon un axe perpendiculaire à ladite surface de contact, en partant du bord d’appui (22) de ladite première pièce composite et débouchant dans ladite cavité (6) ;
- On met en contact ledit bord d’appui (22) de ladite première pièce composite (2) avec ledit bord d’appui (32) de ladite deuxième pièce (3), et on insère un élément fileté (51 ) dans ledit perçage (7) et des éléments de serrage (52, 53) dans ladite cavité (6) et au niveau de ladite deuxième pièce (3) pour procéder à la solidarisation desdites deux pièces (2, 3).
[Revendication 7] Assemblage (1 ) comportant, au moins, une première pièce composite (2) constituée d’un drapage (4) de nappes de fibres unidirectionnelles (41 , 42, 43, 44, 45) dans une matrice thermoplastique ou thermodurcissable, ladite première pièce composite (2) étant destinée à être solidarisée, au niveau d’une zone de fixation (21 ) qu’elle comporte, à une deuxième pièce (3), composite ou non, un bord d’appui (22) de ladite première pièce composite (2) venant en contact sur un bord d’appui (32) de ladite deuxième pièce (3) créant une surface de contact, ledit assemblage (1 ) comportant, en outre, des moyens de fixation (5) de ladite première pièce composite (2) à ladite deuxième pièce (3) et étant caractérisé en ce que, au moins au niveau de ladite zone de fixation (22), ladite première pièce composite (2) est composée d’un drapage (4) constitué d’une superposition de nappes unidirectionnelles (41 , 42, 43, 44, 45) avec des angles d’orientation des fibres différents entre deux nappes adjacentes, et en ce que, au niveau de ladite zone de fixation (21 ), au moins une cavité (6) est ménagée dans ladite première pièce composite (3), parallèlement à ladite surface de contact et selon une direction perpendiculaire à la direction des nappes unidirectionnelles (41 , 42, 43, 44, 45), et au moins un perçage (7) selon un axe incliné par rapport à ladite surface de contact, ledit perçage (7) partant du bord d’appui (22) de ladite première pièce composite (2) et débouchant dans ladite cavité (6), ledit perçage (7) étant destiné à recevoir un élément fileté (51 ) tandis que ladite cavité (6) et la deuxième pièce (3) servent d’appui à des éléments de serrage (52, 53). |
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