FR3095775A1 - Elément structurel profilé pour le renforcement de structures composées d’éléments, structure ainsi que procédés de fabrication s’y rapportant - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un élément structurel profilé (10) pour le renforcement de structures composées d’éléments, lequel s’étend longitudinalement et présente une section transversale profilée comportant une partie formant âme (11) et au moins une partie formant ceinture (12, 13) adjacente à un côté de la partie formant âme (11). L’élément structurel profilé (10) est fabriqué en un matériau composite fibreux présentant une matière fibreuse et une matière matricielle noyant la matière fibreuse. L’élément structurel profilé (10) est formé de plusieurs segments profilés individuels, fabriqués individuellement à partir du matériau composite fibreux et comportant, à chacune de leurs deux extrémités longitudinales, une partie de jonction par l’intermédiaire de laquelle les segments profilés individuels sont reliés entre eux, par lien de matière, serrage mécanique et/ou complémentarité de forme, pour former l’élément structurel profilé (10). Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Elément structurel profilé pour le renforcement de structures composées d’éléments, structure ainsi que procédés de fabrication s’y rapportant
L’invention concerne un élément structurel profilé pour le renforcement de structures composées d’éléments, un tel élément structurel profilé du type considéré s’étendant longitudinalement et présentant une section transversale profilée. L’invention concerne également une structure composée d’éléments, comportant au moins un tel élément structurel profilé.
L’invention concerne en outre un procédé pour fabriquer un tel élément structurel profilé pour le renforcement de structures composées d’éléments, ainsi qu’un procédé pour fabriquer de telles structures présentant les éléments structurels profilés conformes à l’invention.
En raison de leur résistance et de leur rigidité par unité de poids, les matériaux composites fibreux sont devenus pratiquement incontournables dans l’industrie aéronautique et spatiale, ainsi que d’autres domaines où le poids est critique. Les matériaux composites fibreux présentent principalement deux composants majeurs, d'une part une matière fibreuse et d’autre part une matière matricielle noyant la matière fibreuse. Lors de la fabrication d’éléments structurels en un tel matériau composite fibreux, on confère généralement à la matière fibreuse la forme correspondant à ce que sera l’élément structurel, avant de procéder au durcissement de la matière matricielle. Le durcissement est dans la plupart des cas réalisé par une mise en température et éventuellement en pression, et il a pour effet que les fibres de la matière fibreuse qui seront soumises aux charges sont maintenues dans leur orientation prédéterminée, et forment ainsi avec la matière matricielle durcie une pièce intégrale adaptée à la reprise de charges.
La matière matricielle qui noie ainsi la matière fibreuse du matériau composite fibreux peut être déjà contenue dans la matière fibreuse (c’est ce qu’on appelle les pré-imprégnés) ou bien être ultérieurement infusée, par un processus d’infusion, dans ce qu’il est convenu d’appeler une préforme fibreuse, constituée de matières fibreuses sèches. Une préforme fibreuse constitue une sorte d’ébauche d’élément structurel, formée à partir de la matière fibreuse du matériau composite fibreux et présentant au moins en partie la forme du futur élément structurel en composite fibreux à produire. Le durcissement de la matière matricielle, noyée dans la matière fibreuse de la préforme fibreuse, permet alors de réaliser l’élément structurel en composite fibreux. La préforme fibreuse peut donc être fabriquée tant à partir de matière fibreuse sèche qu’à partir de matière fibreuse pré-imprégnée pour constituer un matériau composite fibreux.
Lors de la fabrication, les éléments structurels en composite fibreux présentent certains inconvénients par rapport aux matériaux isotropes, car la forme d’un élément structurel en composite fibreux doit généralement être réalisée avec des outils de moulage adaptés, qui constituent une sorte d’empreinte négative du futur élément structurel. La fabrication d’éléments structurels de forme géométrique complexe peut, en raison du matériau, devenir très coûteuse et chronophage, ce qui augmente significativement les coûts unitaires.
Un fuselage d’avion qui doit être réalisé en un matériau composite fibreux est généralement constitué de segments partiels en forme de coque ou tubulaires. Les segments partiels sont constitués d’une peau mince qui présente une forme incurvée et confère ainsi au futur fuselage d’avion sa forme tubulaire. La peau mince est supportée intérieurement dans la direction circonférentielle par des membrures incurvées, et, souvent dans la direction longitudinale, par des raidisseurs droits formant lisses, les raidisseurs formant lisses et les membrures incurvées conférant à la peau mince du fuselage sa stabilité.
Si, pour accroître la stabilité, on utilise, à côté des membrures, également des raidisseurs formant lisses, les membrures présentent généralement à cette fin des évidements pour permettre aux lisses de traverser les membrures ou d’y être introduites sans interruption. Les lisses et les membrures d’un fuselage d’avion forment en conséquence plusieurs points d’intersection sans que la stabilité du fuselage en soit notablement affectée.
En pratique, de telles membrures réalisées en un matériau composite fibreux sont le plus souvent fabriquées à l’aide d’une matrice en duromère. Des produits semi-finis en deux dimensions, non durcis, pré-imprégnés ou constitués de matière fibreuse sèche, sont moulés, généralement dans des outils dédiés et la matrice est ensuite durcie. Toutefois, quand on utilise des produits semi-finis fibreux secs, on procède tout d’abord à l’infusion/imprégnation de la préforme avec le système de résine. Dans l’optique d’un allègement particulièrement poussé ainsi que d’un processus de fabrication le plus automatisé possible, ce mode de réalisation intégrale, dans lequel la membrure entière est fabriquée d’une seule pièce, constitue un véritable défi, en raison de la taille de l’élément structurel ainsi que du matériau utilisé. Le mode de réalisation intégrale se justifie par le fait que dans les matériaux composites fibreux, la présence de fibres continues dans la matière fibreuse assure une très bonne reprise de charges. Pour les membrures de fuselage d’avion, qui constituent des éléments structurels critiques, une bonne reprise de charge est un prérequis.
On connaît d’après le DE 10 2016 124 966 A1 une structure composée d’éléments comportant au moins un élément de surface incurvé, contre lequel des éléments raidisseurs sont disposés dans la direction circonférentielle de la courbure de l’élément de surface incurvé. L’élément raidisseur incurvé est fabriqué en un matériau composite fibreux et constitué de tronçons de flexion qui sont fixés à des raidisseurs formant âmes.
La présente invention a pour objet de proposer un élément structurel raidisseur perfectionné ainsi qu’une structure composée d’éléments, perfectionnée, qui, tout en utilisant un matériau composite fibreux, soient plus simples et moins onéreux à fabriquer, sans affecter la stabilité de l’élément structurel.
Cet objectif est réalisé par un élément structurel profilé pour le renforcement de structures composées d’éléments, lequel s’étend longitudinalement et présente une section transversale profilée qui comporte une partie formant âme et au moins une partie formant ceinture, adjacente à un côté de la partie formant âme, l’élément structurel profilé étant fabriqué en un matériau composite fibreux présentant une matière fibreuse et une matière matricielle noyant la matière fibreuse, caractérisé en ce que l’élément structurel profilé est composé de plusieurs segments profilés individuels, fabriqués individuellement dans le matériau composite fibreux et comportant à chacune de leurs deux extrémités longitudinales une partie de jonction par l’intermédiaire de laquelle les segments profilés individuels sont reliés entre eux, par lien de matière, serrage mécanique et/ou complémentarité de forme, pour former l’élément structurel profilé.
L’objectif est en outre également réalisé par un procédé pour fabriquer un élément structurel profilé pour le renforcement de structures composées d’éléments, l’élément structurel profilé s’étendant longitudinalement et présentant une section transversale profilée comportant une partie formant âme et au moins une partie formant ceinture, adjacente à un côté de la partie formant âme, caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes suivantes :
- mise à disposition d’un certain nombre de segments profilés individuels, fabriqués en un matériau composite fibreux présentant une matière fibreuse et une matière matricielle noyant la matière fibreuse, de telle sorte qu’une partie de jonction est constituée à chacune des deux extrémités longitudinales des segments profilés, et
- fabrication de l’élément structurel profilé à partir des segments profilés individuels, un premier segment profilé étant chaque fois relié à un deuxième segment profilé par lien de matière, serrage mécanique et/ou complémentarité de forme, par l’intermédiaire des parties de jonction de chacun des deux segments profilés,.
Selon l’invention, il est proposé un élément structurel profilé pour le renforcement de structures composées d’éléments, lequel élément s’étend longitudinalement et présente une section transversale profilée. De tels éléments structurels profilés, lorsqu’ils sont constitués de matériaux isotropes, sont connus par exemple sous le nom de « profilés acier ». Des éléments structurels profilés de ce type permettent d’absorber en particulier des contraintes de flexion, si bien que les éléments structurels profilés de ce type sont aussi appelés poutres de flexion. Dans la construction aéronautique, des éléments structurels profilés de ce type peuvent constituer par exemple des membrures, des lisses ou des poutrelles.
L’élément structurel profilé du type considéré s’étend longitudinalement et sa longueur est un multiple de ses étendues dans les autres dimensions de l’espace. Sa section transversale profilée confère à l’élément structurel profilé une rigidité spécifique à l’égard des charges de flexion. De telles sections transversales profilées peuvent être par exemple des profils en L, en I ou en Z.
Des éléments structurels profilés du type considéré présentent généralement une section transversale profilée comportant une partie formant âme et au moins une partie formant ceinture, adjacente à un côté de la partie formant âme. On a ainsi souvent une partie formant ceinture bordant chacun de deux côtés opposés de la partie formant âme, afin de former par exemple un profil en Z. Pour former un profil en L, en revanche, une seule partie formant ceinture borde la partie formant âme. Afin de conférer à l’élément structurel profilé une rigidité suffisante en flexion, la partie formant ceinture borde la partie formant âme selon un certain angle, par exemple de 90°.
Tant pour la partie formant âme que pour celle formant ceinture, l’élément structurel profilé est fabriqué en un matériau composite fibreux, afin de tenir compte des exigences de légèreté pour la structure.
Conformément à l’invention, il est prévu que l’élément structurel profilé est formé de plusieurs segments profilés individuels, fabriqués individuellement en un matériau composite fibreux et comportant, à chacune de leurs deux extrémités longitudinales, une partie de jonction par l’intermédiaire de laquelle les segments profilés individuels sont reliés entre eux, par lien de matière, serrage mécanique et/ou complémentarité de forme, pour former l’élément structurel profilé.
Dès lors qu’un tel élément structurel profilé est fabriqué à partir de segments profilés individuels préfabriqués, reliés entre eux à leurs extrémités longitudinales par lien de matière, serrage mécanique et/ou complémentarité de forme, l’ensemble du processus de fabrication s’en trouve considérablement simplifié, l’élément structurel profilé n’ayant en effet plus à être fabriqué d’une seule pièce ou intégralement. Cela facilite considérablement la fabrication, en particulier quand les éléments structurels présentent une géométrie complexe avec sections transversales et courbures longitudinales complexes, et les coûts de fabrication s’en trouvent réduits.
De préférence, les segments profilés individuels sont pleinement achevés dans leur fabrication avant d’être assemblés, autrement dit la matière matricielle des segments profilés individuels est parfaitement durcie ou, dans le cas d’une matrice thermoplastique, suffisamment solidifiée (qualité finale). Dans les parties de jonction aux extrémités longitudinales des segments profilés, se trouve ainsi constituée une zone de jonction où les segments profilés sont reliés entre eux par lien de matière, serrage mécanique et/ou complémentarité de forme.
Les inventeurs ont constaté à cet égard que de tels éléments structurels profilés, prévus en particulier pour la reprise de charges de flexion, pouvaient être réalisés à partir de segments individuels préfabriqués en matériau composite fibreux, sans incidence négative sur la stabilité et la rigidité de l’élément structurel profilé. Bien plus, il a été constaté qu’une liaison par lien de matière, serrage mécanique et/ou complémentarité de forme des segments individuels à leurs extrémités longitudinales permettait d’obtenir une stabilité et une rigidité satisfaisantes, suffisantes pour la reprise de charges de flexion telles qu’elles surviennent en particulier dans la navigation aéronautique et spatiale. On peut ainsi confectionner des éléments structurels profilés comme membrures pour des structures de fuselage, sans devoir les fabriquer d’une pièce et de manière intégrale par un procédé compliqué.
La présente invention permet en outre de disposer de différents segments comme dans une sorte de système modulaire transversal, afin de pouvoir réaliser des éléments structurels profilés différents. Ceci présente un réel avantage pour adapter les éléments structurels profilés aux spécificités locales de leur destination. Ainsi peut-on prévoir par exemple des segments profilés avec des hauteurs différentes pour la partie formant âme, de sorte que la partie âme de l’élément structurel profilé dans son ensemble présente une hauteur qui varie.
Selon un mode de réalisation, il est prévu que la matière matricielle du matériau composite fibreux soit une matière matricielle thermoplastique, les segments profilés individuels étant reliés entre eux par lien de matière réalisé par soudage dans leur partie de jonction respective. Il a été constaté que les segments profilés individuels de l’élément structurel profilé pouvaient être soudés entre eux par une liaison par lien de matière aux extrémités longitudinales, pour autant qu’une matière matricielle thermoplastique soit utilisée, sans que la solidité et la rigidité, en particulier à l’égard des contraintes de flexion, s’en trouvent réellement affectées.
Selon un mode de réalisation, il est prévu que l’élément structurel profilé comporte, sur un premier côté de la partie formant âme, une première partie adjacente formant ceinture et, sur un deuxième côté, opposé au premier côté, de la partie formant âme, une deuxième partie adjacente formant ceinture.
Selon un mode de réalisation, il est prévu que sur au moins une partie formant ceinture des segments profilés, soit disposé un raidisseur de ceinture s’étendant sur deux, plus de deux ou la totalité des segments profilés reliés entre eux. A cet égard, les segments de l’élément structurel profilé peuvent tous être reliés entre eux par l’intermédiaire d’un raidisseur de ceinture commun, afin d’assurer une meilleure reprise notamment des charges de flexion et leur répartition plus régulière sur la totalité de l’élément structurel profilé. Un tel raidisseur de ceinture présente de préférence des fibres de renforcement orientées dans la direction de sa circonférence (orientation des fibres à 0°).
On peut en l’occurrence prévoir de fabriquer également le raidisseur de ceinture en un matériau composite fibreux, séparément et individuellement par rapport aux segments profilés. Le raidisseur de ceinture est relié aux segments profilés dans la partie formant ceinture. L’ensemble de l’élément structurel profilé est ainsi fabriqué à partir de segments profilés individuels ainsi que d’un raidisseur de ceinture, la fabrication des segments individuels et/ou du raidisseur de ceinture étant nettement simplifiée par rapport à un processus de réalisation intégrale. La mise en place du raidisseur de ceinture sur la partie formant ceinture des segments profilés se fait également par la constitution d’une zone de jonction correspondante.
Dans le cas où les segments profilés ont été fabriqués avec une matière matricielle thermoplastique, il est alors avantageux que le raidisseur de ceinture soit lui aussi fabriqué en un matériau composite fibreux à matière matricielle thermoplastique, ce qui permet de raccorder le raidisseur de ceinture aux segments profilés individuels dans leur partie formant ceinture au moins par lien de matière, par soudage. Complémentairement, le raidisseur de ceinture peut être conçu de manière à venir en plus en prise dans la partie formant ceinture par serrage mécanique et/ou complémentarité de forme, ce qui permet d’encore mieux reprendre les charges, sans solliciter à l’excès la liaison par lien de matière entre le raidisseur de ceinture et la partie formant ceinture.
Selon un autre mode de réalisation, l’élément structurel profilé est incurvé dans la direction longitudinale, les segments profilés individuels étant incurvés dans la direction longitudinale et/ou reliés entre eux dans leurs parties de jonction respectives avec un angle de courbure défini. Ceci permet d’incurver l’élément structurel profilé dans la direction longitudinale en adaptant les segments profilés individuels de telle manière qu’après l’assemblage, ils réalisent la courbure correspondante de l’élément structurel profilé.
Par courbure dans la direction longitudinale, on entend en particulier que l’élément structurel profilé est incurvé dans le plan de la partie formant âme, en particulier de telle manière que la courbure ne sorte pas du plan de l’élément structurel profilé.
La courbure dans la direction longitudinale ne doit pas nécessairement s’étendre tout du long ou être continue, comme c’est le cas quand les segments profilés individuels sont incurvés de manière continue, avec une grande régularité. Au contraire, la courbure peut aussi être discontinue, en reliant entre eux, avec un certain angle de courbure, les segments profilés, non incurvés en eux-mêmes.
A cet égard, il peut être prévu que le rayon d’un segment profilé incurvé individuel soit plus grand que le rayon de l’élément structurel profilé et/ou que le rayon d’une orientation principale des fibres de la matière fibreuse d’un segment profilé incurvé individuel soit plus grand que le rayon de l’élément structurel profilé. En d’autres termes, le degré de courbure d’un segment profilé ou le degré de courbure de l'orientation principale des fibres d’un tel segment profilé est plus faible que le degré de courbure d’ensemble de l’élément structurel profilé, et pour réaliser la courbure de l’élément structurel profilé, les segments profilés sont reliés entre eux avec un certain angle de courbure.
Ce mode de réalisation présente l’avantage que la réalisation de la courbure de l’élément structurel profilé nécessite nettement moins de contrainte de cisaillement dans la matière fibreuse des segments profilés individuels. Ainsi la transition entre l'orientation principale des fibres d’un premier segment profilé et l'orientation principale des fibres d’un deuxième segment profilé contigu peut-elle également se faire non pas de manière continue mais brusquement dans la partie de jonction, si bien que les deux orientations principales de fibres forment entre elles un certain angle de courbure dans la zone de jonction.
Mais on peut aussi envisager que les segments profilés individuels ne présentent en eux-mêmes aucune courbure, les fibres des segments profilés n’étant donc pas soumises au cisaillement et n’étant pas susceptibles de l’être. Pour réaliser la courbure d’ensemble de l’élément structurel profilé, les segments profilés sont reliés avec un certain angle de courbure dans leurs zones de jonction respectives.
Dans un autre mode de réalisation, il est prévu que l’élément structurel profilé comporte plusieurs passages qui s’étendent de la partie formant âme en direction de l’une des parties formant ceinture. Ces passages sont prévus en particulier pour pouvoir faire passer des éléments structurels transversaux à travers l’élément structurel profilé, comme c’est le cas par exemple dans une structure de fuselage qui comporte des membrures et des lisses transversales aux membrures pour assurer la rigidité.
On peut en l’occurrence prévoir que chaque segment profilé individuel comporte un ou éventuellement deux passages, tandis qu’aux extrémités longitudinales des segments profilés individuels, sont éventuellement ménagés des demi-passages qui coopèrent avec un autre demi-passage d’un segment profilé contigu, pour former un passage entier.
Selon un mode de réalisation, il est prévu que deux segments profilés contigus s’interpénètrent et/ou se chevauchent dans leur partie de jonction respective. A cet égard, les segments profilés sont conformés à leurs extrémités longitudinales, dans la partie de jonction, de manière à constituer une complémentarité de forme et/ou un serrage mécanique que l’on complète ensuite par exemple par lien de matière, par soudage.
De préférence est prévue une mise à disposition des segments profilés avec lesquels pourra être fabriqué un corps profilé selon l’une des particularités précédentes.
Il est aussi envisageable que la forme de la partie formant âme et/ou d’au moins une partie formant ceinture diffère entre deux segments profilés contigus.
L’objectif est par ailleurs également réalisé, conformément à l’invention, par une structure composée d’éléments, qui comporte au moins un élément structurel de surface fabriqué en un matériau composite fibreux, ce dernier présentant une matière fibreuse et une matière matricielle noyant la matière fibreuse, la structure comportant en outre au moins un élément structurel de renforcement, disposé contre l’élément de surface pour le renforcer. Il est alors prévu que l’élément structurel de renforcement soit un élément structurel profilé comme décrit précédemment.
Pour une telle structure composée d’éléments, il peut s’agir par exemple d’une structure de fuselage d’un objet volant, en particulier d’un avion, tandis que l’au moins un élément structurel de surface constitue au moins partiellement l’enveloppe extérieure de la structure de fuselage, et que sont prévus plusieurs éléments structurels profilés, conçus pour renforcer l’enveloppe extérieure sous forme de membrures et/ou de lisses. Dans une telle structure qui prend la forme d’une structure de fuselage d’un objet volant, l’élément structurel de surface est généralement incurvé, les éléments structurels profilés pouvant présenter une courbure correspondante dans la direction longitudinale.
L’objectif est par ailleurs également réalisé, selon l’invention, par le procédé pour fabriquer un élément structurel profilé pour le renforcement de structures composées d’éléments, l’élément structurel profilé s’étendant longitudinalement et présentant une section transversale profilée comportant une partie formant âme et au moins une partie formant ceinture, adjacente à un côté de la partie formant âme.
Conformément au procédé, on met à disposition un certain nombre de segments profilés individuels, à partir desquels l’élément structurel profilé est ensuite fabriqué. Les segments profilés individuels sont en l’occurrence fabriqués en un matériau composite fibreux présentant une matière fibreuse et une matière matricielle noyant la matière fibreuse. En règle générale, la mise à disposition des segments profilés intervient alors que la matière matricielle des segments profilés est déjà parfaitement durcie. En outre, la fabrication s’opère de façon à former à chacune des deux extrémités longitudinales de chaque segment profilé une partie de jonction conçue de manière que deux segments profilés peuvent être reliés par lien de matière, serrage mécanique et/ou complémentarité de forme.
On fabrique ensuite l’élément structurel profilé en reliant chaque fois un premier segment profilé à un deuxième segment profilé par leurs parties de jonction respectives, par lien de matière, serrage mécanique et/ou complémentarité de forme .
Des conceptions du procédé sont énoncées ci-dessous, avec leurs avantages.
Selon un mode de réalisation, on peut prévoir que les segments profilés individuels soient fabriqués avec une matière matricielle thermoplastique dans la composition du matériau composite fibreux, les segments profilés individuels étant reliés entre eux par lien de matière dans leur partie de jonction respective, par soudage.
On peut par exemple prévoir qu’après l’assemblage des segments profilés individuels pour constituer l’élément structurel profilé, on dispose sur au moins une partie formant ceinture des segments profilés, un raidisseur de ceinture s’étendant sur deux, plus de deux ou la totalité des segments profilés reliés entre eux. Le raidisseur de ceinture peut être disposé sur la partie formant ceinture des segments profilés individuels par lien de matière, serrage mécanique et/ou complémentarité de forme, et conférer une rigidité élevée dans la direction circonférentielle.
Selon un autre mode de réalisation, il peut être prévu de commencer par mettre à disposition un grand nombre de segments profilés individuels, déjà préfabriqués et finis, parmi lesquels on sélectionne ensuite le nombre déterminé de segments profilés individuels pour la réalisation de l’élément structurel envisagé. Il est ainsi possible de réaliser un tel élément structurel profilé par un assemblage individualisé de segments profilés unitaires différents.
Dans le grand nombre de segments profilés mis à disposition on peut prévoir des segments profilés présentant différentes formes, géométries et dimensions, de sorte que la sélection du nombre et de la forme des segments profilés nécessaires se fait de manière individualisée pour chaque élément structurel profilé. Ainsi peut-on faire varier les segments profilés, en particulier par la hauteur de l’âme, de manière à conférer à l’élément structurel profilé une rigidité différenciée, en général localement différenciée.
L’objectif est en outre également réalisé, conformément à l’invention, par un procédé pour fabriquer une structure composée d’éléments, comportant au moins un élément structurel de surface et au moins un élément structurel de renforcement, ce procédé comprenant les étapes suivantes :
- fabrication d’au moins un élément structurel profilé selon un procédé comme décrit précédemment,
- mise à disposition d’au moins un élément structurel de surface, et
- mise en place de l’au moins un élément structurel profilé fabriqué contre l’au moins un élément structurel de surface mis à disposition.
De préférence, la structure composée d’éléments est une structure de fuselage d’un objet volant, l’au moins un élément structurel de surface constituant au moins partiellement l’enveloppe extérieure de la structure de fuselage, et il est prévu plusieurs éléments structurels profilés, conçus sous forme de membrures et/ou de lisses pour renforcer l’enveloppe extérieure.
L’invention sera maintenant décrite plus avant à l’aide des figures annexées, données à titre d’exemples de réalisation. Elles montrent :
: Représentation d’un élément structurel profilé sous forme d’une membrure;
: Vue de détail d’un segment profilé;
: Représentation de deux segments profilés assemblés;
: Représentation de deux segments profilés assemblés comportant un raidisseur de ceinture rapporté par soudage;
: Représentation d’une variante de segments profilés assemblés;
: Représentation d’une variante où la hauteur de l’âme varie.
La montre un élément structurel profilé 10 comportant une partie formant âme 11, ainsi qu’une première partie formant ceinture 12 et une deuxième partie formant ceinture 13. Dans l’élément structurel profilé 10 sont ménagés plusieurs passages 14 qui s’étendent d’une partie de l’âme 11 jusque dans la deuxième partie formant ceinture 13, inférieure. Dans l’exemple de réalisation de la , est représenté un élément structurel profilé 10 destiné à constituer une membrure pour un fuselage d’avion. L’élément structurel profilé 10 y est disposé, par sa deuxième partie formant la ceinture inférieure 13, contre un élément structurel de surface non représenté, qui constitue l’enveloppe extérieure du fuselage d’avion. Les passages 14 permettent à des éléments raidisseurs transversaux tels que par exemple des lisses de passer sans devoir être interrompus.
L’élément structurel profilé 10 de la est incurvé dans la direction longitudinale, la courbure s’étendant dans le plan de la partie formant âme 11. Les parties formant ceinture 12 et 13 adjacentes aux bords supérieur et inférieur respectivement de la partie formant âme 11, forment avec cette dernière un certain angle, qui est ici de 90°, et sont orientées dans des sens opposés.
Il est maintenant prévu, conformément à l’invention, que l’élément structurel profilé 10 représenté à la , ne soit pas fabriqué d’une seule pièce, mais soit composé de segments profilés individuels 20, comme représenté aux figures 2 à 4. La représente, à titre d’exemple, un segment profilé 20. Le segment profilé 20 comporte également une partie formant âme 11, ainsi qu’une première partie formant ceinture 12 et une deuxième partie formant ceinture 13, ainsi qu’au moins un passage 14.
A chacune des deux extrémités longitudinales opposées 21 et 22 est constituée une partie de jonction 23 et 24 qui permet de relier entre eux les segments profilés préfabriqués 20. La première partie de jonction 23, à la première extrémité longitudinale 21, est configurée de manière à pouvoir coopérer avec la seconde partie de jonction 24 de la seconde extrémité longitudinale 22, de telle sorte que deux segments profilés 20 ainsi constitués puissent être reliés l’un à l’autre.
Dans l’exemple de réalisation de la , dans la première partie de jonction 23, la première partie formant ceinture 12 est effilée du côté intérieur, tandis que la partie formant âme 11 présente un repli en décalage vers l’extérieur (ou bien une liaison par translation, permise par tolérances, des âmes de composants voisins). Dans l’exemple de réalisation de la , la seconde partie de jonction 24 est constituée de manière que la partie formant ceinture 12 est effilée du côté extérieur, tandis que la partie formant âme 11 ne nécessite aucune adaptation.
Le raccordement de deux segments profilés est représenté à la . Dans la première partie de jonction 23, la partie formant ceinture 12 s’engage dans la partie formant ceinture 12 de la seconde partie de jonction 24 d’un segment profilé voisin, et chevauche cette dernière. Il en va de même avec la partie formant âme 11 repliée en décalage vers l’extérieur, dans la première partie de jonction 23. On peut ainsi réaliser une complémentarité de forme, complétée éventuellement par un serrage mécanique, pour relier deux segments profilés 20.
Si les segments profilés 20 ont été fabriqués en un matériau composite fibreux présentant une matière matricielle thermoplastique, on peut, après assemblage de deux segments profilés, souder les parties de jonction 23 et 24 qui s’interpénètrent, en provoquant, par un apport thermique dans les parties de jonction 23 et 24, la fusion de la matière matricielle thermoplastique du matériau composite fibreux et sa liaison avec l’autre segment complémentaire. On réalise ainsi une liaison par lien de matière entre les deux segments assemblés.
La montre enfin la mise en place d’un raidisseur de ceinture 30 sur les segments profilés 20 préalablement assemblés, au moins dans la zone de la première partie de ceinture 12. Le raidisseur de ceinture 30 peut présenter une rainure 31 à l’intérieur de laquelle on insère la partie formant ceinture 12 des deux segments profilés 20 assemblés, comme une clavette. Le raidisseur de ceinture 30 est ici réalisé d’une seule pièce et constitue une liaison commune pour les deux segments profilés 20, la liaison se faisant dans un premier temps par complémentarité de forme et serrage mécanique, uniquement. Mais on peut aussi envisager un raidisseur de ceinture 30 qui soit composé de deux segments partiels, que l'on dispose sur une face supérieure et sur une face inférieure de la partie formant ceinture 12.
Si le raidisseur de ceinture 30 a aussi été fabriqué en un matériau composite fibreux comportant une matière matricielle thermoplastique, alors le raidisseur de ceinture 30 peut, dans une étape subséquente du processus, être soudé à la partie formant ceinture 12 des segments assemblés, à laquelle il se trouve ainsi lié par lien de matière.
La montre un exemple de réalisation dans lequel la partie formant âme 11 dans la première partie de jonction 23 n’est pas repliée de manière décalée vers l’extérieur, mais reste droite. En revanche, les segments profilés individuels 20 sont assemblés voire joints entre eux de manière légèrement décalée. Il est alors judicieux que la deuxième partie formant ceinture 13, inférieure, soit plus longue une fois sur deux, de l’épaisseur de l’âme. Le prolongement de la largeur du raidisseur de ceinture 30 peut être obtenu assez aisément par un détourage différencié des éléments après leur fabrication (formage à chaud par exemple).
La montre un mode de réalisation dans lequel la hauteur h de l’âme de la partie formant âme 11 varie entre deux segments profilés 20 contigus. La compatibilité mutuelle des composants permet d’assembler chaque élément structurel profilé en fonction des exigences qui lui sont propres, à partir d’un système modulaire de composants disponibles, prédéfini. Sont alors sélectionnés, en fonction du besoin, ceux des segments profilés qui doivent être utilisés à un emplacement donné.
Liste de références
10 élément structurel profilé
11 partie formant âme
12 première partie formant ceinture
13 deuxième partie formant ceinture
14 passage
20 segment profilé
21 première extrémité longitudinale
22 seconde extrémité longitudinale
23 première partie de jonction
24 deuxième partie de jonction
30 raidisseur de ceinture
31 rainure du raidisseur de ceinture
h1première hauteur de l’âme
h2deuxième hauteur de l’âme

Claims (18)

  1. Elément structurel profilé (10) pour le renforcement de structures composées d’éléments, lequel s’étend longitudinalement et présente une section transversale profilée qui comporte une partie formant âme (11) et au moins une partie formant ceinture (12, 13) adjacente à un côté de la partie formant âme (11), l’élément structurel profilé (10) étant fabriqué en un matériau composite fibreux présentant une matière fibreuse et une matière matricielle noyant la matière fibreuse,caractérisé en ce quel’élément structurel profilé (10) est formé de plusieurs segments profilés individuels (20), fabriqués individuellement dans le matériau composite fibreux et comportant à chacune de leurs deux extrémités longitudinales (21, 22) une partie de jonction (23, 24) par l’intermédiaire de laquelle les segments profilés individuels (20) sont reliés entre eux, par lien de matière, serrage mécanique et/ou complémentarité de forme, pour former l’élément structurel profilé (10).
  2. Elément structurel profilé (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière matricielle du matériau composite fibreux est une matière matricielle thermoplastique et en ce que les segments profilés individuels (20) sont reliés entre eux par lien de matière, réalisé par soudage dans leur partie de jonction respective (23, 24).
  3. Elément structurel profilé (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l’élément structurel profilé (10) présente sur un premier côté de la partie formant âme (11) une première partie adjacente formant ceinture (12) et, sur un deuxième côté, opposé au premier coté, de la partie formant âme (11), une deuxième partie adjacente formant ceinture (13).
  4. Elément structurel profilé (10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que sur au moins une partie formant ceinture (12, 13) des segments profilés (20), est disposé au moins un raidisseur de ceinture (30) s’étendant sur deux, plus de deux ou la totalité des éléments structurels profilés (20) reliés entre eux.
  5. Elément structurel profilé (10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il est incurvé dans la direction longitudinale par le fait que les segments profilés individuels (20) sont incurvés dans la direction longitudinale et/ou que les segments profilés individuels (20) sont reliés entre eux dans leurs parties de jonction respectives (23, 24) selon un angle de courbure correspondant.
  6. Elément structurel profilé (10) selon la revendication 5, caractérisé en ce que le rayon d’un segment profilé incurvé individuel (20) est plus grand que le rayon de l’élément structurel profilé (10) et/ou en ce que le rayon d’une orientation principale des fibres de la matière fibreuse d’un segment profilé incurvé individuel (20) est plus grand que le rayon de l’élément structurel profilé (10).
  7. Elément structurel profilé (10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comporte plusieurs passages (14) qui s’étendent de la partie formant âme (11) en direction de l’une des parties formant ceinture (12, 13).
  8. Elément structurel profilé (10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que deux segments profilés contigus (20) s’interpénètrent et/ou se chevauchent dans leur partie de jonction (23, 24) respective.
  9. Elément structurel profilé (10) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la forme de la partie formant âme (11) et/ou d’au moins une partie formant ceinture (12, 13) diffère entre deux segments profilés contigus (20).
  10. Structure composée d’éléments, comportant au moins un élément structurel de surface fabriqué en un matériau composite fibreux présentant une matière fibreuse et une matière matricielle noyant la matière fibreuse, la structure comprenant en outre au moins un élément structurel de renforcement disposé contre l’élément structurel de surface,caractérisé e en ce quel’élément structurel de renforcement est un élément structurel profilé (10) selon l’une des revendications précédentes.
  11. Structure selon la revendication 10, caractérisée en ce qu’elle constitue une structure de fuselage d’un objet volant, l’au moins un élément structurel de surface constituant au moins partiellement l’enveloppe extérieure de la structure de fuselage et en ce que sont prévus plusieurs éléments structurels profilés (10) conçus pour renforcer l’enveloppe extérieure sous forme de membrures et/ou de lisses.
  12. Procédé pour fabriquer un élément structurel profilé (10) pour le renforcement de structures composées d’éléments, l’élément structurel profilé (10) s’étendant longitudinalement et présentant une section transversale profilée comportant une partie formant âme et au moins une partie formant ceinture adjacente à un côté de la partie formant âme,caractérisé en ce quele procédé comprend les étapes suivantes :
    - mise à disposition d’un certain nombre de segments profilés individuels (20), fabriqués en un matériau composite fibreux présentant une matière fibreuse et une matière matricielle noyant la matière fibreuse de telle sorte qu’une partie de jonction (23, 24) est réalisée à chacune des deux extrémités longitudinales (21, 22) des segments profilés (20), et
    - fabrication de l’élément structurel profilé (10) à partir des segments profilés individuels (20), un premier segment profilé (20) étant chaque fois relié à un deuxième segment profilé (20), par lien de matière, serrage mécanique et/ou complémentarité de forme, par l’intermédiaire des parties de jonction (23, 24) de chacun des deux segments profilés (20).
  13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que les segments profilés individuels (20) sont fabriqués avec une matière matricielle thermoplastique entrant dans la composition du matériau composite fibreux, les segments profilés individuels (20) étant reliés entre par lien de matière dans leur partie de jonction respective (23, 24), par soudage.
  14. Procédé selon la revendication 12 ou 13, caractérisé par la mise à disposition d’un grand nombre de segments profilés individuels (20), parmi lesquels on sélectionne alors le certain nombre de segments profilés individuels (20).
  15. Procédé selon l’une des revendications 12 à 14, caractérisé en ce qu’après l’assemblage des segments profilés individuels (20) pour constituer l’élément structurel profilé (10), on dispose, sur au moins une partie formant ceinture des segments profilés (20), un raidisseur de ceinture (30) s’étendant sur deux, plus de deux ou la totalité des segments profilés (20) reliés entre eux.
  16. Procédé selon l’une des revendications 12 à 15, caractérisé par la mise à disposition de segments profilés (20), à partir desquels on fabrique un élément structurel profilé selon l’une des revendications 1 à 8.
  17. Procédé pour fabriquer une structure composée d’éléments, comportant au moins un élément structurel de surface et au moins un élément structurel de renforcement, comprenant les étapes suivantes :
    - fabrication d’au moins un élément structurel profilé (10) selon l’une des revendications 12 à 16,
    - mise à disposition d’au moins un élément structurel de surface, et
    - mise en place de l’au moins un élément structurel fabriqué (10), contre l’au moins un élément structurel de surface mis à disposition.
  18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que la structure composée d’éléments est une structure de fuselage d’un objet volant, l’au moins un élément structurel de surface constituant au moins partiellement l’enveloppe extérieure de la structure de fuselage et en ce que sont prévus plusieurs éléments structurels profilés (10) conçus sous forme de membrures et/ou de lisses pour renforcer l’enveloppe extérieure.
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