FR3124972A1 - Conception d’un support pour ébauche fibreuse d’aube ou d’hélice - Google Patents

Conception d’un support pour ébauche fibreuse d’aube ou d’hélice Download PDF

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Abstract

Conception d’un support pour ébauche fibreuse d’aube ou d’hélice L’invention concerne un procédé de conception numérique d’un support (1 ; 2) à la forme d’une ébauche fibreuse (200) obtenue par tissage tridimensionnel destinée à former une préforme fibreuse (300) d’aube ou d’hélice de turbomachine après mise en forme et compactage dans un moule, comprenant au moins : - la fourniture d’un ensemble de points (Ei) représentatifs d’une face (205d) de l’ébauche fibreuse (200), ladite face étant destinée à former le pied de l’aube ou de l’hélice et une partie d’un profil aérodynamique de l’aube ou de l’hélice, - la génération d’une nappe reliant les points (Ei) dudit ensemble de points, et - la conception numérique du support (1 ; 2) comprenant au moins une empreinte (10 ; 20) de l’ébauche fibreuse (200) ayant la forme de la nappe générée. Figure pour l’abrégé : Fig. 5

Description

Conception d’un support pour ébauche fibreuse d’aube ou d’hélice
L’invention concerne la fabrication d’aubes ou d’hélices en matériau composite comprenant un renfort fibreux réalisé par tissage tridimensionnel et densifié par une matrice.
L’utilisation de matériaux composites pour la fabrication d’aubes ou d’hélices, par exemple pour les aubes de turbine à gaz pour moteur aéronautique ou pour turbine industrielle, permet d’obtenir des pièces présentant des performances mécaniques équivalentes voire supérieures à celles réalisées en métal, tout en ayant une masse bien inférieure.
La fabrication de ces aubes et hélices peut débuter par la réalisation d’une ébauche fibreuse monobloc par tissage tridimensionnel, qui sera ensuite compactée et mise en forme de manière à obtenir une préforme fibreuse de l’aube ou de l’hélice à fabriquer. La préforme fibreuse est ensuite densifiée par une matrice pour obtenir la pièce. Un exemple de procédé de fabrication d’une aube ou d’une hélice en matériau composite est par exemple décrit dans le document FR3046564 ou dans le document FR3046563.
Toutefois, il reste souhaitable d’améliorer encore davantage les performances mécaniques des aubes et hélices en matériau composite obtenues par ce type de procédé.
Il a été constaté que les aubes ou hélices réalisées selon le type de procédé précédent pouvaient être rebutées. En effet, de mauvaises caractéristiques mécaniques, notamment concernant la tenue en fatigue, ont pu être observées tout particulièrement à la jonction entre le pied et le profil aérodynamique. En réalisant une tomographie des aubes, des anomalies dans l’orientation des colonnes de trame du renfort fibreux ont été observées.
La présente invention a pour but de proposer une solution permettant d’obtenir des aubes ou hélices en matériau composite comprenant un renfort fibreux dont les colonnes de trame sont convenablement orientées, afin d’obtenir des caractéristiques mécaniques améliorées, notamment concernant la tenue en fatigue.
A cet effet, l’invention propose un procédé de conception numérique d’un support à la forme d’une ébauche fibreuse obtenue par tissage tridimensionnel destinée à former une préforme fibreuse d’aube ou d’hélice de turbomachine après mise en forme et compactage dans un moule, comprenant au moins :
- la fourniture d’un ensemble de points représentatifs d’une face de l’ébauche fibreuse, ladite face étant destinée à former le pied de l’aube ou de l’hélice et une partie d’un profil aérodynamique de l’aube ou de l’hélice,
- la génération d’une nappe reliant les points dudit ensemble de points, et
- la conception numérique du support comprenant au moins une empreinte de l’ébauche fibreuse ayant la forme de la nappe générée.
Il a en effet été établi que les anomalies d’orientation des colonnes de trame étaient dues au transport et à la manutention de l’ébauche fibreuse avant son compactage et son formage, l’ébauche fibreuse étant disposée sur une surface plane. Du fait des variations d’épaisseur de l’ébauche fibreuse, sa disposition sur une surface plane entraîne une déformation des fibres, notamment sous l’effet de la gravité. En utilisant un support dont la forme correspond à la surface de l’ébauche à transporter, on s’affranchit de ces déformations et l’on améliore les propriétés mécaniques des pièces résultantes.
Selon un aspect de l’invention, la fourniture dudit ensemble de points comprend au moins :
- la fourniture d’un ensemble de points de départ représentatifs d’une face de la préforme fibreuse formant le pied et une partie du profil aérodynamique de l’aube ou de l’hélice, et
- la transformation de l’ensemble de points de départ en l’ensemble de points par application d’une fonction de transformation correspondant à la fonction réciproque de la fonction correspondant à la mise en forme et au compactage de l’ébauche fibreuse en préforme fibreuse dans le moule.
Selon un aspect particulier de l’invention, la fonction de transformation comprend au moins une fonction correspondant au compactage de l’ébauche fibreuse en préforme fibreuse dans le moule, ladite fonction correspondant au compactage associant à la cote d’un point de l’ébauche non compactée une cote d’un point de l’ébauche compactée, en multipliant la cote du point de l’ébauche non compactée par un facteur de compactage tel que :
- si le point de l’ébauche appartient à la partie destinée à former le pied de l’aube ou de l’hélice, la valeur du facteur de compactage est comprise entre 83% et 100% ;
- si le point de l’ébauche appartient à la partie destinée à former la transition entre le pied et le profil aérodynamique de l’aube ou de l’hélice, la valeur du facteur de compactage est comprise entre 50% et 84% ;
- si le point de l’ébauche appartient à la partie destinée à former le profil aérodynamique de l’aube ou de l’hélice, la valeur du facteur de compactage est comprise entre 62% et 84%.
Selon un autre aspect de l’invention, la conception numérique du support comprend en outre la détermination de la rigidité du support à concevoir en fonction du poids de l’ébauche de sorte que l’empreinte du support ne soit pas déformée sous le poids de l’ébauche.
Cette étape supplémentaire de calcul des déformations du support sous le poids de l’ébauche permet de réduire encore davantage le risque de déformer les fibres de l’ébauche fibreuse lors du stockage ou du transport, en limitant la déformation du support sous le poids de l’ébauche.
Selon un autre aspect particulier de l’invention, la détermination de la rigidité du support comprend la conception d’au moins un raidisseur du support.
L’invention concerne en outre un procédé de fabrication d’un support à la forme d’une ébauche fibreuse obtenue par tissage tridimensionnel destinée à former une préforme fibreuse d’aube ou d’hélice de turbomachine après mise en forme et compactage dans un moule, comprenant au moins la mise en œuvre du procédé de conception numérique selon l’invention afin de concevoir le support, et la fabrication du support ainsi conçu.
L’invention concerne en outre un procédé de fabrication d’une préforme fibreuse d’aube ou d’hélice de turbomachine comprenant les étapes suivantes :
- la réalisation d’une ébauche fibreuse par tissage tridimensionnel,
- positionnement de l’ébauche fibreuse dans un support fabriqué par le procédé de fabrication selon l’invention,
- transport de l’ébauche fibreuse dans le support jusqu’au moule et placement de l’ébauche fibreuse dans le moule, et
- mise en forme et compactage de l’ébauche fibreuse placée dans le moule de manière à obtenir la préforme fibreuse.
L’invention concerne en outre un dispositif de conception numérique d’un support à la forme d’une ébauche fibreuse obtenue par tissage tridimensionnel destinée à former une préforme fibreuse d’aube ou d’hélice de turbomachine après mise en forme et compactage dans un moule, comprenant au moins :
- un module de fourniture d’un ensemble de points représentatifs d’une face de l’ébauche fibreuse, ladite face étant destinée à former le pied de l’aube ou de l’hélice et une partie d’un profil aérodynamique de l’aube ou de l’hélice,
- un module de génération d’une nappe apte à générer une nappe en reliant les points dudit ensemble de points, et
- un module de conception numérique du support apte à concevoir numériquement au moins une empreinte de l’ébauche fibreuse ayant la forme de la nappe apte à être générée par le module de génération de la nappe.
Selon un aspect particulier de l’invention, le module de fourniture est apte à:
- fournir un ensemble de points de départ représentatifs d’une face de la préforme fibreuse formant le pied et une partie du profil aérodynamique de l’aube ou de l’hélice, et à
- transformer l’ensemble de points de départ en l’ensemble de points par application d’une fonction de transformation correspondant à la fonction réciproque de la fonction correspondant à la mise en forme et au compactage de l’ébauche fibreuse en préforme fibreuse dans le moule.
Selon un autre aspect particulier de l’invention, le dispositif de conception numérique comprend en outre un module de calcul apte à déterminer la rigidité du support à concevoir en fonction du poids de l’ébauche de sorte que l’empreinte du support ne soit pas déformée sous le poids de l’ébauche.
La est une vue schématique en perspective d’une pré-ébauche fibreuse réalisée par tissage tridimensionnel destinée à la réalisation d’une préforme fibreuse.
La est une vue schématique en perspective éclatée montrant le placement d’une ébauche fibreuse non-détourée, obtenue à partir de la pré-ébauche de la , dans un support selon l’invention.
La est un schéma comparatif simplifié présentant une ébauche fibreuse disposée sur un support plat et une ébauche fibreuse disposée sur un support selon l’invention.
La est une vue schématique en perspective montrant le placement d’une ébauche fibreuse, obtenue en détourant l’ébauche fibreuse non-détourée de la , dans un support selon l’invention.
La est une vue schématique en perspective éclatée montrant le placement de l’ébauche fibreuse de la entre deux supports selon l’invention.
La est une vue schématique en coupe d’un support doté de raidisseurs longitudinaux selon un mode de réalisation de l’invention.
La est une vue schématique en coupe d’un support doté de raidisseurs verticaux selon un mode de réalisation de l’invention.
La est une représentation schématique des relations entre deux nuages de points représentant une face de l’ébauche fibreuse et la face correspondante de la préforme fibreuse obtenue après compactage de ladite ébauche fibreuse.

Claims (10)

  1. Procédé de conception numérique d’un support (1 ; 2) à la forme d’une ébauche fibreuse (200) obtenue par tissage tridimensionnel destinée à former une préforme fibreuse (300) d’aube ou d’hélice de turbomachine après mise en forme et compactage dans un moule, comprenant au moins :
    - la fourniture d’un ensemble de points (Ei) représentatifs d’une face (205d) de l’ébauche fibreuse (200), ladite face étant destinée à former le pied de l’aube ou de l’hélice et une partie d’un profil aérodynamique de l’aube ou de l’hélice,
    - la génération d’une nappe reliant les points (Ei) dudit ensemble de points, et
    - la conception numérique du support (1 ; 2) comprenant au moins une empreinte (10 ; 20) de l’ébauche fibreuse (200) ayant la forme de la nappe générée.
  2. Procédé de conception numérique selon la revendication 1, dans lequel la fourniture dudit ensemble de points (Ei) comprend au moins :
    - la fourniture d’un ensemble de points de départ (Pi) représentatifs d’une face de la préforme fibreuse (300) formant le pied et une partie du profil aérodynamique de l’aube ou de l’hélice, et
    - la transformation de l’ensemble de points de départ (Pi) en l’ensemble de points (Ei) par application d’une fonction de transformation correspondant à la fonction réciproque (fR) de la fonction (fCM) correspondant à la mise en forme et au compactage de l’ébauche fibreuse (200) en préforme fibreuse (300) dans le moule.
  3. Procédé de conception numérique selon la revendication 2, dans lequel la fonction de transformation (fCM) comprend au moins une fonction (fC) correspondant au compactage de l’ébauche fibreuse (200) en préforme fibreuse (300) dans le moule, ladite fonction (fC) correspondant au compactage associant à la cote (Zei) d’un point (Ei) de l’ébauche non compactée (200) une cote (Zpi) d’un point (Pi) de l’ébauche compactée, en multipliant la cote du point (Zei) de l’ébauche non compactée (200) par un facteur de compactage (FC) tel que :
    - si le point (Ei) de l’ébauche appartient à la partie destinée à former le pied de l’aube ou de l’hélice, la valeur du facteur de compactage (FC) est comprise entre 83% et 100% ;
    - si le point (Ei) de l’ébauche appartient à la partie destinée à former la transition entre le pied et le profil aérodynamique de l’aube ou de l’hélice, la valeur du facteur de compactage (FC) est comprise entre 50% et 84% ;
    - si le point (Ei) de l’ébauche appartient à la partie destinée à former le profil aérodynamique de l’aube ou de l’hélice, la valeur du facteur de compactage (FC) est comprise entre 62% et 84%.
  4. Procédé de conception numérique selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre la détermination de la rigidité du support (1 ; 2 ; 3 ; 4) à concevoir en fonction du poids de l’ébauche (200) de sorte que l’empreinte du support (10 ; 20 ; 30 ; 40) ne soit pas déformée sous le poids de l’ébauche (200).
  5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la détermination de la rigidité du support (3 ; 4) comprend la conception d’au moins un raidisseur du support (33 ; 34a, 34b, 34c, 34d, 34e).
  6. Procédé de fabrication d’un support (1 ; 2 ; 3 ; 4) à la forme d’une ébauche fibreuse (200) obtenue par tissage tridimensionnel destinée à former une préforme fibreuse (300) d’aube ou d’hélice de turbomachine après mise en forme et compactage dans un moule, comprenant au moins la mise en œuvre du procédé de conception numérique selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 afin de concevoir le support (1 ; 2 ; 3 ; 4), et la fabrication du support ainsi conçu.
  7. Procédé de fabrication d’une préforme fibreuse (200) d’aube ou d’hélice de turbomachine comprenant les étapes suivantes :
    - la réalisation d’une ébauche fibreuse (200) par tissage tridimensionnel,
    - positionnement de l’ébauche fibreuse (200) dans un support (1 ; 2 ; 3 ; 4) fabriqué par le procédé de fabrication selon la revendication 6,
    - transport de l’ébauche fibreuse (200) dans le support (1 ; 2 ; 3 ; 4) jusqu’au moule et placement de l’ébauche fibreuse dans le moule, et
    - mise en forme et compactage de l’ébauche fibreuse (200) placée dans le moule de manière à obtenir la préforme fibreuse (300).
  8. Dispositif de conception numérique d’un support (1 ; 2) à la forme d’une ébauche fibreuse (200) obtenue par tissage tridimensionnel destinée à former une préforme fibreuse (300) d’aube ou d’hélice de turbomachine après mise en forme et compactage dans un moule, comprenant au moins :
    - un module de fourniture d’un ensemble de points (Ei) représentatifs d’une face (205d) de l’ébauche fibreuse (200), ladite face étant destinée à former le pied de l’aube ou de l’hélice et une partie d’un profil aérodynamique de l’aube ou de l’hélice,
    - un module de génération d’une nappe apte à générer une nappe en reliant les points (Ei) dudit ensemble de points, et
    - un module de conception numérique du support (1 ; 2) apte à concevoir numériquement au moins une empreinte (10 ; 20) de l’ébauche fibreuse (200) ayant la forme de la nappe apte à être générée par le module de génération de la nappe.
  9. Dispositif de conception numérique selon la revendication 8, dans lequel le module de fourniture est apte à:
    - fournir un ensemble de points de départ (Pi) représentatifs d’une face (205d) de la préforme fibreuse (200) formant le pied et une partie du profil aérodynamique de l’aube ou de l’hélice, et à
    - transformer l’ensemble de points de départ (Pi) en l’ensemble de points (Ei) par application d’une fonction de transformation correspondant à la fonction réciproque (fR) de la fonction (fCM) correspondant à la mise en forme et au compactage de l’ébauche fibreuse (200) en préforme fibreuse (300) dans le moule.
  10. Dispositif de conception numérique selon la revendication 8, comprenant en outre un module de calcul apte à déterminer la rigidité du support (1 ; 2 ; 3 ; 4) à concevoir en fonction du poids de l’ébauche (200) de sorte que l’empreinte (10 ; 20 ; 30 ; 40) du support ne soit pas déformée sous le poids de l’ébauche (200).
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