WO2010012960A1 - Assemblage d'elements fibreux pour l'obtention d'une piece en materiau composite - Google Patents

Assemblage d'elements fibreux pour l'obtention d'une piece en materiau composite Download PDF

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fibrous element
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face
wing
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Philippe Blot
Julien Charles
Mathieu Piana
Xavier Legrand
Joël BESNIER
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Airbus Operations
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Definitions

  • the present invention relates to an assembly of fibrous elements for obtaining a composite material part and to a composite material part comprising a fibrous structure obtained by assembling fibrous elements according to the invention.
  • a piece of composite material comprises a fibrous structure embedded in a cured matrix.
  • the present invention relates more particularly to a fibrous structure obtained by the assembly of several fibrous elements.
  • EP-556089 discloses a method for securing two fibrous elements, a first fibrous element being applied by one of its edges against a first face of a second fibrous element. According to this document, to ensure the connection is introduced, by stitching a continuous wire, transverse fibers and through said second element from the second side of said second element.
  • the thread loops obtained by stitching have a length adapted to penetrate sufficiently into the first element to ensure the connection.
  • the document FR-2,687,173 describes another technique for assembling at least two fibrous elements, namely a first element in the form of a panel and at least a second element in the form of an angle whose wing is in abutment. against a first face of the panel.
  • a continuous wire transverse fibers and through the first element from the second side of said element.
  • the thread loops obtained by stitching have a length adapted to penetrate sufficient in the second element.
  • the transverse fibers provided outside the zone corresponding to the wing of the angle perpendicular to the panel can open on either side of the structure, on the one hand at one of the faces of the panel and else on the face of the angle parallel to the panel.
  • the loops may be inclined and not be perpendicular to the surface of the panel.
  • the ends of the loops disposed at the level of the flange of the angle perpendicular to the panel are embedded in the structure and are not open.
  • the techniques of the prior art do not allow to ensure sufficient strength according to different mechanical stresses.
  • the composite material parts containing structures obtained according to the prior art have limited mechanical characteristics in terms of bending because the junction zone is poor in fibers and rich in resin, and in shearing material due to poor properties of carbon fibers in shear.
  • the composite material parts are subject to delamination at the junction zone.
  • the present invention aims at overcoming the drawbacks of the prior art by proposing an assembly of fibrous elements making it possible to widen the field of application of the assemblies obtained to parts of the structure of an aircraft by optimizing their mechanical strength. under different solicitations.
  • the subject of the invention is a fibrous structure capable of being embedded in a matrix in order to obtain a composite material part, said structure comprising a first fibrous element comprising a first so-called support surface, at least one L-shaped fibrous element having a part called a base pressed against said first bearing surface of the first fibrous element at a junction zone and another part called a non-plated wing against said first fibrous element and another fibrous element, a part of which is pressed against the flange of said at least one L-shaped fibrous element, said elements being assembled by stitching fibers from the second face of the first fibrous element so as to form loops, at least some fibers being oblique with respect to the face of the first fibrous element, in a plane perpendicular to the junction zone, characterized in that certain loops of said oblique fibers open out of the outer surface of a wing of at least one fibrous element in L.
  • FIG. 1 is a cross-section illustrating the different elements assembled to form a fiber structure according to a first embodiment
  • FIG. 2A is a cross-section illustrating the joining fibers according to a first variant of implantation for the assembly of the structure of FIG.
  • FIG. 2B is a view illustrating the stitching points according to the variant of FIG. 2A on the surface of one of the assembled elements;
  • FIG. 3A is a cross section illustrating the joining fibers according to another variant of implantation for the assembly of the structure of FIG.
  • FIG. 4 is a cross-section illustrating the different elements assembled to form a fiber structure according to a second embodiment
  • FIG. 5A is a cross-section illustrating the joining fibers according to a first variant of implantation for the assembly of the structure of FIG. 4,
  • FIG. 5B is a view illustrating the stitching points according to the variant of FIG. 5A on the surface of one of the assembled elements
  • FIG. 6A is a cross section illustrating the joining fibers according to another variant of implantation for the assembly of the structure of FIG. 4,
  • FIG. 6B is a view illustrating in detail the implantation of the junction fibers according to the variant of FIG. 6A,
  • FIG. 6C is a view illustrating the stitching points according to the variant of FIG. 6A on the surface of one of the assembled elements.
  • FIG. 1 Figures IA to IC are perspective views illustrating different steps of a variant of the assembly method according to the invention.
  • the present invention relates more particularly to the assembly of a first fibrous element 12 and a second fibrous element 14, said second fibrous element 14 being applied by one of its edges 16 against a first face 18 said support of the first fibrous element 12.
  • This assembly provides a T-assembly, the first element forming the sole of the tee, the second element the foot.
  • an orthonormal coordinate system is defined as follows: the X and Y axes are contained in the soleplate, the Y axis being common to the sole and the foot and the Z axis being perpendicular to the X axes and Y.
  • the Z axis corresponds to the direction of the foot.
  • the second element 14 may not be orthogonal to the first element 12.
  • the first element may not be a panel and be curved or have a
  • the first panel comprises a support face.
  • the shapes and dimensions of the fibrous elements are not detailed because they can vary widely.
  • the assembly comprises at least one third fibrous element 20 having a first part called base pressed against the first element 12 and a second part called wing pressed against the second element 14 on either side of the junction zone 22, the third fibrous element 20 having fibers oriented non-parallel to the junction zone, corresponding to the Y axis, so as to obtain continuity of the fibers on either side of the junction zone.
  • the assembly comprises a third fibrous element 20 and a fourth fibrous element 24 disposed on either side of the second element 14, the third and fourth fibrous elements 20 and 24 each having a first part called base pressed against the first element 12 and a second part called wing pressed against the second element on either side of the junction zone, corresponding to the Y axis, the third and fourth reinforcement elements having fibers oriented non-parallel to the junction zone 22 so as to obtain continuity of the fibers on both sides of the junction zone.
  • the continuity of the fibers of the third and fourth elements 20, 24 on either side of the junction zone allows a better transfer of effort between the sole and the foot of the tee and a greater resistance to tearing and shearing. .
  • tearing means a bias that tends to separate the foot of the tee from the sole.
  • Shear means a bias that tends to translate the foot of the tee relative to the sole in the direction Y.
  • this configuration makes it possible to obtain maximum tensile strengths at rupture 30% greater than for a structure without a reinforcing fibrous element.
  • the structure comprises the same fibrous elements as the structure described above with the exception of the fibrous element 14.
  • it comprises a first fibrous element 12 a second L-shaped non-planar fibrous element 20, a first part of which is called a base 20.1 is pressed against the bearing surface 18 of the first fibrous element 12 and a third L-shaped non-planar fibrous element 24 of which a first part called base 24.1 is pressed against the bearing surface 18 of the first fibrous element 12 and a second part called wing 24.2 is pressed against the second part called wing 20.2 of the second fibrous element 20.
  • the intersection of the base 20.1 and the wing 20.2 on the one hand and that of the base 24.1 and the wing 24.2 on the other hand are substantially parallel to the axis Y and constitute the junction zone 22.
  • this assembly makes it possible to obtain a T-joint, the first element forming the sole of the tee, the wings 20.2 and 20.4 the foot.
  • the foot may or may not be orthogonal to the sole and the first element may not be a panel and be curved or have a U-shaped profile.
  • the L-shaped fibrous elements 20 and 24 have oriented fibers not parallel to the junction zone 22, corresponding to the Y axis, so as to obtain a continuity of the fibers on either side of the junction zone.
  • the continuity of the fibers of the fibrous elements 20, 24 on either side of the junction zone allows a better transfer of effort between the sole and the foot of the tee and a greater resistance to tearing and shearing.
  • the structure comprises a first fibrous element comprising a first so-called support surface, a second fibrous element comprising a portion pressed against said first bearing surface of the first fibrous element at a junction zone and a another part called non-plated wing against said first fibrous element and a third fibrous element, a part of which is pressed against the wing of said second fibrous element.
  • the third element may have an edge pressed against the bearing surface 18 of the first element 12 as illustrated in FIG. 1 or the third element may be L-shaped with a base pressed against the bearing face of the first element 12 as illustrated in FIG.
  • penetrating fibers 26 are introduced by stitching.
  • these through-fibers 26 form U-shaped loops and extend from the second face 28 of the first element, opposite to the bearing face. 18, to an outer surface of the second member 14 and / or an outer surface of at least one reinforcing fiber member 20, 24, an outer surface corresponding to a surface that is not in contact with at least one one of the other elements of the fibrous structure.
  • the through fibers 26 are relatively flexible so as to form loops and be stitched with a conventional stitching device.
  • a conventional stitching device In contrast to an orthogonal tapping (perpendicular to the second face 28), the straight portions of the loops are arranged in the fibrous structure while the curved portion of the loops are not formed in the fibrous structure but outside, the tapping being open . This arrangement makes it possible not to disturb too much the arrangement of the fibers of the fibrous structure.
  • At least some fibers are oblique with respect to the face 28, in an XZ plane perpendicular to the junction zone corresponding to the Y axis, and the loops of some of these fibers open at the the outer surface of at least one wing 20.2 and / or 24.2 of the fiber elements 20 and 24.
  • FIGS. 2A, 2B, 5A and 5B there is illustrated a first stitching configuration, a first series of rows of fibers 26.1 traversing the structure from the second face 28 of the fibrous element 12 to the outer surface of the staple. fibrous element 20, a second series of rows of fibers 26.2 traversing the structure from the second face 28 of the fibrous element 12 to the outer surface of the fibrous element 24.
  • the fibers 26.1 of the first series are at an angle varying from 30 to 60 °, preferably equal to 45 °, and the fibers 26.2 of the second series are at an angle varying from 120 ° to 150 °, preferably equal to 135 °.
  • some fibers 26.1 which open at the outer surface of the wing of the fibrous element 20 are substantially tangent to the outer surface of the fibrous element 24 at the junction zone, none being intersecting with the outer surface of the fibrous element 24.
  • some fibers 26.1 which open out at the outer surface of the wing of the fibrous element 24 are substantially tangent to the outer surface of the fibrous element 20 none being intersecting with the outer surface of the fibrous element 20.
  • the rows of fibers are each arranged in planes parallel to each other so that the fibers do not intersect.
  • the through fibers 26 of the same row may not be parallel to each other.
  • the two series of rows may be associated with an orthogonal or convergent tapping as illustrated in FIGS. 3A 1 3B, 3C 1 ⁇ A, 6B and ⁇ C.
  • the fibers 26 are distributed in a first series of rows of fibers oriented at an angle varying from 30 ° to 60 ° with respect to the second face 28, in a second series of rows of fibers oriented according to an angle varying from 120 ° to 150 ° with respect to the second face 28 and a third series of substantially orthogonal or convergent fibers.
  • the improvement provided is of the order of + 250% in the case of a structure according to FIG. 1, and
  • the improvement provided is of the order of + 260% in the case of a structure according to FIG. 4, this comparison being made for structures of the same mass.
  • a stitching device as described in EP-556089 is used, which device can be tilted to obtain rows of inclined fibers.
  • the tooling for holding the preforms is described in FIGS. 1A and 7B. It comprises a rigid portion 30 comprising a hollow shape 32 adapted to receive the elements of the fiber structure and to maintain them prior to the stitching.
  • the second face 28 of the first fibrous element 12 is disengaged and oriented towards the stitching device.
  • This rigid part 30 comprises on either side of the second element 14, at the angle formed by said element 14 and the first element 12 a recess 34 filled with a block 36 of material sufficiently flexible to be pierced by a stitching needle and sufficiently rigid to retain the loops of the fibers 26.
  • the blocks 36 are made of polystyrene foam.
  • FIG. 1A the stitching operation is illustrated in FIG. 1A with a transparent block 36 and in FIG. 7B with blocks 36 spaced apart from the fibrous structure to show the retention of the loops in the blocks. 36.
  • the assembled fibrous structure as well as the blocks 36 are removed from the tooling.
  • the fibers 26 are cut in order to separate the structure of the blocks and to obtain a structure 10 assembled through fibers 26 through, as shown in Figure IC.

Abstract

L'objet de l' invention est une structure fibreuse susceptible d'être noyée dans une matrice pour l'obtention d'une pièce en matériau composite, ladite structure comprenant un premier élément fibreux (12) comportant une première face dite d'appui (18), au moins un élément fibreux (20) en L comportant une partie appelée base plaquée contre ladite première face d'appui (18) du premier élément fibreux (12) au niveau d'une zone de jonction (22) et une autre partie appelée aile non plaquée contre ledit premier élément fibreux (12) ainsi qu'un autre élément fibreux dont une partie est plaquée contre l'aile dudit au moins élément fibreux (20) en L, lesdits éléments étant assemblés par piquage de fibres (26) à partir de la seconde face (28) du premier élément fibreux (12) de manière à former des boucles, au moins certaines fibres (26) étant obliques par rapport à la face (28) du premier élément fibreux (12), dans un plan perpendiculaire à la zone de jonction (22), caractérisée en ce que certaines boucles desdites fibres obliques (26) débouchent à l'extérieur de la surface extérieure d'une aile d'au moins un élément fibreux (20) en L.

Description

ASSEMBLAGE D'ELEMENTS FIBREUX POUR L'OBTENTION D'UNE PIECE EN MATERIAU COMPOSITE
La présente invention se rapporte à un assemblage d'éléments fibreux pour l'obtention d'une pièce en matériau composite ainsi qu'à une pièce en matériau composite comprenant une structure fibreuse obtenue par l'assemblage d'éléments fibreux selon l'invention. De manière connue, une pièce en matériau composite comprend une structure fibreuse noyée dans une matrice durcie.
La présente invention se rapporte plus particulièrement à une structure fibreuse obtenue par l'assemblage de plusieurs éléments fibreux. Le document EP-556089 décrit un procédé visant à solidariser deux éléments fibreux, un premier élément fibreux étant appliqué par un de ses chants contre une première face d'un second élément fibreux. Selon ce document, pour assurer la liaison, on introduit, par piquage d'un fil continu, des fibres transversales et traversant ledit second élément à partir de la seconde face dudit second élément. Les boucles de fil obtenues par piquage ont une longueur adaptée pour pénétrer de manière suffisante dans le premier élément afin d'assurer la liaison. Le document FR-2.687.173 décrit une autre technique d'assemblage d'au moins deux éléments fibreux à savoir un premier élément sous forme d'un panneau et au moins un second élément sous forme d'une cornière dont une aile est en appui contre une première face du panneau. Selon ce document pour assurer la liaison, on introduit, par piquage d'un fil continu, des fibres transversales et traversant le premier élément à partir de la seconde face dudit élément. Les boucles de fil obtenues par piquage ont une longueur adaptée pour pénétrer de manière suffisante dans le second élément. Selon des variantes, les fibres transversales prévues en dehors de la zone correspondant à l'aile de la cornière perpendiculaire au panneau peuvent déboucher de part et d'autre de la structure, d'une part au niveau d'une des faces du panneau et d'autre au niveau de la face de la cornière parallèle au panneau. Selon une autre variante, les boucles peuvent être inclinées et ne pas être perpendiculaires à la surface du panneau.
Quelle que soit la variante, les extrémités des boucles disposées au niveau de l'aile de la cornière perpendiculaire au panneau sont noyées dans la structure et ne sont pas débouchantes. Les techniques de l'art antérieur ne permettent pas d'assurer des résistances suffisantes selon différentes sollicitations mécaniques.
En effet, les pièces en matériau composite contenant des structures obtenues selon l'art antérieur ont des caractéristiques mécaniques limitées en matière de flexion du fait que la zone de jonction est pauvre en fibres et riche en résine, et en matière de cisaillement en raison des mauvaises propriétés des fibres de carbone au cisaillement.
De plus, les pièces en matériau composite sont sujettes au délaminage au niveau de la zone de jonction. Aussi, la présente invention vise à pallier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un assemblage d'éléments fibreux permettant d'élargir le champ d'application des assemblages obtenus à des parties de la structure d'un aéronef en optimisant leur tenue mécanique sous différentes sollicitations. A cet effet, l'invention a pour objet une structure fibreuse susceptible d'être noyée dans une matrice pour l'obtention d'une pièce en matériau composite, ladite structure comprenant un premier élément fibreux comportant une première face dite d'appui, au moins un élément fibreux en L comportant une partie appelée base plaquée contre ladite première face d'appui du premier élément fibreux au niveau d'une zone de jonction et une autre partie appelée aile non plaquée contre ledit premier élément fibreux ainsi qu'un autre élément fibreux dont une partie est plaquée contre l'aile dudit au moins élément fibreux en L, lesdits éléments étant assemblés par piquage de fibres à partir de la seconde face du premier élément fibreux de manière à former des boucles, au moins certaines fibres étant obliques par rapport à la face du premier élément fibreux, dans un plan perpendiculaire à la zone de jonction, caractérisée en ce que certaines boucles desdites fibres obliques débouchent à l'extérieur de la surface extérieure d'une aile d'au moins un élément fibreux en L.
D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés sur lesquels:
- la figure 1 est une coupe transversale illustrant les différents éléments assemblés pour former une structure de fibres selon un premier mode de réalisation, - la figure 2 A est une coupe transversale illustrant les fibres de jonction selon une première variante d'implantation pour l'assemblage de la structure de la figure 1,
- la figure 2B est une vue illustrant les points de piquage selon la variante de la figure 2A à la surface d'un des éléments assemblés, - la figure 3A est une coupe transversale illustrant les fibres de jonction selon une autre variante d'implantation pour l'assemblage de la structure de la figure 1,
- la figure3B est une vue illustrant en détails l'implantation des fibres de jonction selon la variante de la figure 3A1 - la figure 3C est une vue illustrant les points de piquage selon la variante de la figure 3A à la surface d'un des éléments assemblés, - la figure 4 est une coupe transversale illustrant les différents éléments assemblés pour former une structure de fibres selon un deuxième mode de réalisation,
- la figure 5A est une coupe transversale illustrant les fibres de jonction selon une première variante d'implantation pour l'assemblage de la structure de la figure 4,
- la figure 5B est une vue illustrant les points de piquage selon la variante de la figure 5A à la surface d'un des éléments assemblés,
- la figure 6A est une coupe transversale illustrant les fibres de jonction selon une autre variante d'implantation pour l'assemblage de la structure de la figure 4,
- la figure 6B est une vue illustrant en détails l'implantation des fibres de jonction selon la variante de la figure 6A,
- la figure βC est une vue illustrant les points de piquage selon la variante de la figure 6 A à la surface d'un des éléments assemblés, et
- les figures IA à IC sont des vues en perspective illustrant différentes étapes d'une variante du procédé d'assemblage selon l'invention.
Sur les différentes figures, on a représenté en 10 une structure de fibres obtenue par l'assemblage de plusieurs éléments fibreux distincts non coplanaires. Dans chacun des éléments fibreux, les fibres peuvent être disposées de différentes façons en fonction des caractéristiques recherchées. Ainsi, les fibres peuvent être disposées de manière organisée suivant au moins deux directions déterminées ou être disposées de manière aléatoire. Selon une première variante illustrée sur les figures 1, 2A, 2B, 3A à 3C la présente invention se rapporte plus particulièrement à l'assemblage d'un premier élément fibreux 12 et d'un deuxième élément fibreux 14, ledit deuxième élément fibreux 14 étant appliqué par un de ses chants 16 contre une première face 18 dite d'appui du premier élément fibreux 12. Cet assemblage permet d'obtenir un assemblage en Té, le premier élément formant la semelle du Té, le second élément le pied.
Pour la suite de la description, un repère orthonormé est défini de la manière suivante : les axes X et Y sont contenus dans la semelle, l'axe Y étant commun à la semelle et au pied et l'axe Z étant perpendiculaire aux axes X et Y.
Lorsque les éléments 12 et 14 sont orthogonaux, l'axe Z correspond à la direction du pied.
Toutefois, l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation, le deuxième élément 14 pouvant ne pas être orthogonal au premier élément 12. De la même manière, le premier élément peut ne pas être un panneau et être courbe ou avoir un profil en U. Dans tous les cas, le premier panneau comprend une face d'appui. Les formes, les dimensions des éléments fibreux ne sont pas détaillées car elles peuvent varier d'une large manière. L'assemblage comprend au moins un troisième élément fibreux 20 comportant une première partie appelée base plaquée contre le premier élément 12 et une seconde partie appelée aile plaquée contre le second élément 14 de part et d'autre de la zone de jonction 22, le troisième élément fibreux 20 ayant des fibres orientées non parallèles à la zone de jonction, correspondant à l'axe Y, de manière à obtenir une continuité des fibres de part et d'autre de la zone de jonction.
De préférence, l'assemblage comprend un troisième élément fibreux 20 et un quatrième élément fibreux 24 disposés de part et d'autre du second élément 14, les troisième et quatrième éléments fibreux 20 et 24 ayant chacun une première partie appelée base plaquée contre le premier élément 12 et une seconde partie appelée aile plaquée contre le second élément de part et d'autre de la zone de jonction, correspondant à l'axe Y, les troisième et quatrième éléments de renfort ayant des fibres orientées non parallèles à la zone de jonction 22 de manière à obtenir une continuité des fibres de part et d'autre de la zone de jonction. La continuité des fibres des troisième et quatrième éléments 20, 24 de part et d'autre de la zone de jonction permet un meilleur transfert d'effort entre la semelle et le pied du Té et une plus grande résistance à l'arrachement et en cisaillement. Par arrachement, on entend une sollicitation qui tend à séparer le pied du Té de la semelle. Par cisaillement, on entend une sollicitation qui tend à translater le pied du Té par rapport à la semelle selon la direction Y.
A titre indicatif, cette configuration permet d'obtenir à l'arrachement des efforts maximums à la rupture 30% plus importants que pour une structure sans élément fibreux de renfort.
Selon une autre variante illustrée sur les figures 4, 5A, 5B, 6A à 6C, la structure comprend les mêmes éléments fibreux que la structure décrite précédemment à l'exception de l'élément fibreux 14. Ainsi, elle comprend un premier élément fibreux 12, un deuxième élément fibreux 20 non plan, en forme de L dont une première partie appelée base 20.1 est plaquée contre la surface d'appui 18 du premier élément fibreux 12 et un troisième élément fibreux 24 non plan, en forme de L dont une première partie appelée base 24.1 est plaquée contre la surface d'appui 18 du premier élément fibreux 12 et dont une seconde partie appelée aile 24.2 est plaquée contre la seconde partie appelée aile 20.2 du deuxième élément fibreux 20. L'intersection de la base 20.1 et de l'aile 20.2 d'une part et celle de la base 24.1 et de l'aile 24.2 d'autre part sont sensiblement parallèles à l'axe Y et constituent la zone de jonction 22.
Comme précédemment, cet assemblage permet d'obtenir un assemblage en Té, le premier élément formant la semelle du Té, les ailes 20.2 et 20.4 le pied. En fonction des variantes, le pied peut être ou non orthogonal à la semelle et le premier élément peut ne pas être un panneau et être courbe ou avoir un profil en U. Les éléments fibreux 20 et 24 en forme de L ont des fibres orientées non parallèles à la zone de jonction 22, correspondant à l'axe Y, de manière à obtenir une continuité des fibres de part et d'autre de la zone de jonction. La continuité des fibres des éléments fibreux 20, 24 de part et d'autre de la zone de jonction permet un meilleur transfert d'effort entre la semelle et le pied du Té et une plus grande résistance à l'arrachement et en cisaillement. Dans tous les cas, la structure comprend un premier élément fibreux comportant une première face dite d'appui, un deuxième élément fibreux comportant une partie plaquée contre ladite première face d'appui du premier élément fibreux au niveau d'une zone de jonction et une autre partie appelée aile non plaquée contre ledit premier élément fibreux ainsi qu'un troisième élément fibreux dont une partie est plaquée contre l'aile dudit deuxième élément fibreux. Selon les variantes, le troisième élément peut avoir un chant plaqué contre la face d'appui 18 du premier élément 12 comme illustré sur la figure 1 ou le troisième élément peut avoir une forme en L avec une base plaquée contre la face d'appui du premier élément 12 comme illustré sur la figure 4.
Les formes, les dimensions des éléments fibreux ne sont pas détaillées car elles peuvent varier d'une large manière. Pour obtenir l'assemblage des différents éléments, on introduit par piquage des fibres traversantes 26. De préférence, ces fibres traversantes 26 forment des boucles en U et s'étendent depuis la seconde face 28 du premier élément, opposée à la face d'appui 18, jusqu'à une surface extérieure du second élément 14 et/ou une surface extérieure d'au moins un élément fibreux de renfort 20, 24, une surface extérieure correspondant à une surface qui n'est pas en contact avec au moins l'un des autres éléments de la structure fibreuse.
Les fibres traversantes 26 sont relativement souples de manière à pouvoir former des boucles et être piquées avec un dispositif de piquage conventionnel. Contrairement à un piquage orthogonal (perpendiculaire à la seconde face 28), les parties rectilignes des boucles sont disposées dans la structure fibreuse alors que la partie courbe des boucles ne sont pas formées dans la structure fibreuse mais à l'extérieur, le piquage étant débouchant. Cet agencement permet de ne pas trop perturber l'arrangement des fibres de la structure fibreuse.
Selon une caractéristique importante de l'invention, au moins certaines fibres sont obliques par rapport à la face 28, dans un plan XZ perpendiculaire à la zone de jonction correspondant à l'axe Y, et les boucles de certaines de ces fibres débouchent au niveau de la surface extérieure d'au moins une aile 20.2 et/ou 24.2 des éléments fibreux 20 et 24.
Cette caractéristique permet d'empêcher l'apparition de délaminage au niveau de l'interface entre les éléments fibreux 12, 20 et 24 ou 12, 14, 20 et 24 au niveau de la zone de jonction 22. Cette configuration de piquage débouchant au niveau de la surface extérieure des ailes permet d'obtenir en cisaillement un effort au premier endommagement équivalent à une structure non renforcée, la mise en place des éléments de renfort fibreux avec un piquage orthogonal ayant tendance à le réduire de 30%. Cette configuration de piquage non débouchant contribue également à améliorer l'effort maximum à la rupture à l'arrachement. Sur les figures 2A, 2B, 5A et 5B, on a illustré une première configuration de piquage, une première série de rangées de fibres 26.1 traversant la structure depuis la seconde face 28 de l'élément fibreux 12 jusqu'à la surface extérieure de l'élément fibreux 20, une seconde série de rangées de fibres 26.2 traversant la structure depuis la seconde face 28 de l'élément fibreux 12 jusqu'à la surface extérieure de l'élément fibreux 24.
Par rapport à la seconde face 28 de l'élément fibreux, dans un plan perpendiculaire à la zone de jonction correspondant à l'axe Y, les fibres 26.1 de la première série font un angle variant de 30 à 60°, de préférence égal à 45°, et les fibres 26.2 de la seconde série font un angle variant de 120° à 150°, de préférence égal à 135°.
De préférence, certaines fibres 26.1 qui débouchent au niveau de la surface extérieure de l'aile de l'élément fibreux 20 sont sensiblement tangentes à la surface extérieure de l'élément fibreux 24 au niveau de la zone de jonction, aucune n'étant sécante avec la surface extérieure de l'élément fibreux 24. De la même manière, certaines fibres 26.1 qui débouchent au niveau de la surface extérieure de l'aile de l'élément fibreux 24 sont sensiblement tangentes à la surface extérieure de l'élément fibreux 20, aucune n'étant sécante avec la surface extérieure de l'élément fibreux 20.
Les rangées de fibres sont chacune disposées dans des plans parallèles entre eux de manière à ce que les fibres ne s'entrecroisent pas.
Les fibres traversantes 26 d'une même rangée peuvent ne pas être parallèles entre elles. Les deux séries de rangées peuvent être associées à un piquage orthogonal ou convergent comme illustré sur les figures 3A1 3B, 3C1 βA, 6B et βC. Ainsi, selon ce mode de réalisation, les fibres 26 sont réparties en une première série de rangées de fibres orientées selon un angle variant de 30° à 60° par rapport à la seconde face 28, en une deuxième série de rangées de fibres orientées selon un angle variant de 120° à 150° par rapport à la seconde face 28 et en une troisième série de fibres sensiblement orthogonales ou convergentes. Ces différentes configurations permettent d'améliorer nettement la tenue mécanique en cisaillement grâce aux éléments fibreux en L. La configuration du piquage permet d'améliorer la tenue mécanique à l'arrachement découlant de l'utilisation d'éléments fibreux en L.
Au cisaillement, si on compare l'effort au premier endommagement d'une structure avec et sans piquage : - l'amélioration apportée est de l'ordre de + 250% dans le cas d'une structure selon la figure 1, et
- l'amélioration apportée est de l'ordre de + 260% dans le cas d'une structure selon la figure 4, cette comparaison étant réalisée pour des structures de même masse.
Pour le piquage, on utilise un dispositif de piquage tel que décrit dans le document EP-556089, ce dispositif pouvant être incliné pour obtenir les rangées de fibres inclinées. L'outillage pour le maintien des préformes est décrit sur les figures IA et 7B. Il comprend une partie rigide 30 comprenant une forme 32 en creux apte à recevoir les éléments de la structure de fibres et à les maintenir préalablement au piquage. Après la mise en place des différents éléments, la seconde face 28 du premier élément fibreux 12 est dégagée et orientée en direction du dispositif de piquage. Cette partie rigide 30 comprend de part et d'autre du second élément 14, au niveau de l'angle formé par ledit élément 14 et le premier élément 12 un évidement 34 rempli d'un bloc 36 de matériau suffisamment souple pour être transpercé par une aiguille de piquage et suffisamment rigide pour retenir les boucles des fibres 26. A titre d'exemple, les blocs 36 sont en mousse de polystyrène.
Pour mieux expliquer la retenue des boucles lors du piquage, l'opération de piquage est illustrée sur la figure IA avec un bloc 36 transparent et sur la figure 7B avec des blocs 36 écartés de la structure fibreuse pour montrer le maintien des boucles dans les blocs 36. Après l'opération de piquage, la structure 10 fibreuse assemblée ainsi que les blocs 36 sont retirés de l'outillage. En suivant, on découpe les fibres 26 afin de séparer la structure des blocs et obtenir une structure 10 assemblée grâce à des fibres 26 traversantes, comme illustré sur la figure IC.

Claims

REVENDICATIONS
1. Structure fibreuse susceptible d'être noyée dans une matrice pour l'obtention d'une pièce en matériau composite, ladite structure comprenant un premier élément fibreux (12) comportant une première face dite d'appui (18), au moins un élément fibreux (20) en L comportant une partie appelée base plaquée contre ladite première face d'appui (18) du premier élément fibreux (12) au niveau d'une zone de jonction (22) et une autre partie appelée aile non plaquée contre ledit premier élément fibreux (12) ainsi qu'un autre élément fibreux dont une partie est plaquée contre l'aile dudit au moins élément fibreux (20) en L, lesdits éléments étant assemblés par piquage de fibres (26) à partir de la seconde face (28) du premier élément fibreux (12) de manière à former des boucles, au moins certaines fibres (26) étant obliques par rapport à la face (28) du premier élément fibreux (12), dans un plan perpendiculaire à la zone de jonction (22), caractérisée en ce que certaines boucles desdites fibres obliques (26) débouchent à l'extérieur de la surface extérieure d'une aile (20.2) d'au moins un élément fibreux (20) en L.
2. Structure fibreuse selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend deux éléments fibreux (20, 24) en L dont les ailes sont plaquées l'une contre l'autre.
3. Structure fibreuse selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend deux éléments fibreux (20, 24) en L disposés de part et d'autre d'un autre élément fibreux (14) dont le chant (16) est plaquée contre la face d'appui (18) du premier élément fibreux (12).
4. Structure fibreuse selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce qu'elle comprend une première série de rangées de fibres (26.1) traversant ladite structure depuis la seconde face (28) du premier élément fibreux (12) jusqu'à la surface extérieure de l'aile d'un premier élément fibreux (20) en L, une seconde série de rangées de fibres (26.2) traversant la structure depuis la seconde face (28) du premier élément fibreux (12) jusqu'à la surface extérieure de l'aile d'un second élément fibreux (24) en L.
5. Structure fibreuse selon la revendication 4, caractérisée en ce que les fibres (26.1) de la première série de rangées font un angle variant de 30 à 60° par rapport à la seconde face (28) du premier élément fibreux (12) et les fibres (26.2) de la seconde série de rangées font un angle variant de 120° à 150° par rapport à la seconde face (28) du premier élément fibreux (12).
6. Structure fibreuse selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que certaines fibres (26.1) qui débouchent au niveau de la surface extérieure de l'aile d'un premier élément fibreux (20) en L sont sensiblement tangentes à la surface extérieure du second l'élément fibreux (24) en L au niveau de la zone de jonction, aucune n'étant sécante avec la surface extérieure dudit second élément fibreux (24) en L.
7. Structure fibreuse selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que certaines fibres (26.1) qui débouchent au niveau de la surface extérieure de l'aile d'un premier élément fibreux (20) en L sont sensiblement tangentes à la surface extérieure du second l'élément fibreux (24) en L au niveau de la zone de jonction, aucune n'étant sécante avec la surface extérieure dudit second élément fibreux (24) en L et en ce que certaines fibres (26.1) qui débouchent au niveau de la surface extérieure de l'aile dudit second l'élément fibreux (24) en L sont sensiblement tangentes à la surface extérieure dudit premier élément fibreux (20) en L, aucune n'étant sécante avec la surface extérieure dudit premier élément fibreux (20) en L.
8. Structure fibreuse selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend une troisième série de fibres (26) sensiblement orthogonales ou convergentes.
9. Outillage pour l'assemblage d'une structure fibreuse en T selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une partie rigide (30) comprenant une forme (32) en creux apte à recevoir les éléments fibreux de ladite structure et à les maintenir, caractérisé en ce que ladite partie rigide (30) comprend de part et d'autre du pied du T de la structure fibreuse, au niveau de l'angle formé par le pied et la semelle de ladite structure fibreuse un évidement (34) rempli d'un bloc (36) de matériau suffisamment souple pour être transpercé par une aiguille de piquage et suffisamment rigide pour retenir des boucles de fibres (26).
10. Pièce en matériau composite comprenant une structure fibreuse noyée dans une matrice, ladite structure comprenant un premier élément fibreux (12) comportant une première face dite d'appui (18), au moins un élément fibreux (20) en L comportant une partie appelée base plaquée contre ladite première face d'appui (18) du premier élément fibreux (12) au niveau d'une zone de jonction (22) et une autre partie appelée aile non plaquée contre ledit premier élément fibreux (12) ainsi qu'un autre élément fibreux dont une partie est plaquée contre l'aile dudit au moins élément fibreux (20) en L, lesdits éléments étant assemblés par piquage de fibres (26) à partir de la seconde face (28) du premier élément fibreux (12) de manière à former des boucles, au moins certaines fibres (26) étant obliques par rapport à la face (28) du premier élément fibreux (12), dans un plan perpendiculaire à la zone de jonction (22), caractérisée en ce que certaines boucles desdites fibres obliques (26) débouchent au niveau de la surface extérieure d'une aile (20.2) d'au moins un élément fibreux (20) en L.
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