WO2016135092A1 - Panneau composite muni d'une terminaison d'assemblage perfectionnée et structure comportant un tel panneau - Google Patents

Panneau composite muni d'une terminaison d'assemblage perfectionnée et structure comportant un tel panneau Download PDF

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WO2016135092A1
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composite panel
composite
panel
skin
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Sylvain Claudel
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Airbus Defence And Space Sas
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Definitions

  • the present invention relates to a composite panel for forming a structural element, provided with an improved assembly termination and a structure comprising such a panel.
  • the panel of the invention applies to structures comprising sandwich-type composite panels in order to ensure a structural connection between the sandwich composite panel and other elements of the structure, the latter possibly being metal structures or other composite panels.
  • the invention is more particularly applicable to structures of large dimensions in the field, such as for example the walls of rail transport cars.
  • the links between different structural panels are provided by welded lines by structural rivets or bolted connections.
  • the present invention relates to the technical field relating to the assembly of large structures, generally metal, and often sandwich type, or panels consisting of two skins connected by connecting pieces, and more particularly the field of train structures, which will be referred to later in the description.
  • EP0392828A1 in Figures 4 and 7 to 10 discloses bolted joints between different types of train car body floors and vertical walls of these cases.
  • the example of Figure 4 proposes in particular to make a box with two brackets fixed together and provided with wings of the extruded floor.
  • Document JP2001278039A proposes to make the junction of a floor with a sandwich panel wall with a square part.
  • US6065261 A discloses, in the context of fixing composite sandwich panels with metal tubular panels of light alloys, connecting pieces between said panels made by means of tubular sections provided with support flanges on the metal tubular panels , the latter being themselves provided with wings which are bolted or riveted under a lower face of the tubular sections.
  • connection represented in FIG. 2 has the disadvantage of greatly reducing the bending inertia of the structure in the connection zone, which may have an unacceptable weak point.
  • the link presented in FIG. 1 makes it possible to remedy this problem, but at the cost of a large number of lines of links to achieve which represents the cycle and therefore the cost.
  • the architecture envisaged for structural parts of composite materials consists of sandwich panels comprising two skins composite materials consisting of fibers and synthetic resin based on polymeric material.
  • the skins are glued on each side of a low density core which makes it possible to obtain the desired flexural inertia properties.
  • This type of structure is advantageous in terms of performance and cost.
  • connection of these structural parts of composite materials with complementary structural elements requires a connection making a transition between said panels and said elements taking up the forces suffered by the panels and ensuring the physical integrity of the ends of said structural parts.
  • the choice of the bonding technology object of the invention is based on the use of mechanical connection elements such as rivets, blind bolts or screws / nuts and the use of inserts reinforcing the connection.
  • the invention particularly aims to provide a structural connection between a sandwich panel and a metal structure or between two sandwich panels, to preserve optimal bending inertia and minimize the number of fastening lines and therefore the cost of 'assembly.
  • the invention provides a composite panel comprising an upper skin and a lower skin on either side of a core made of foam or honeycomb, which comprises at one edge of the composite panel a termination of assembly comprising a reinforcement element integrated into the panel and along the edge of the panel, the reinforcing element comprising at least a first wall facing one of said skins, at least a second wall opposite the other of said skins and at least one connecting wall between said first and second walls, the assembly termination further comprising Beyond the reinforcing element a return border to the skin made by solidifying together the two skins.
  • a profile is disposed between the reinforcing element and the edge where the skins meet, said profile being provided with a face inclined to the edge of the structure, said section forming an inclined layup support carrying out a transition face allowing the upper skin to come to apply on the lower skin to achieve the border.
  • the reinforcement is a tube of rectangular or square section for which the first and second walls respectively form an upper and lower face of the reinforcement, said faces being connected by side walls of the tube.
  • the reinforcement is an omega profile and comprises a first central wall connected to two second walls by lateral ribs of the omega profile.
  • the internal space of the reinforcement is filled by a material of the same structure as the core of the panel.
  • the internal space of the reinforcement is left empty.
  • the reinforcement is a Z-shaped section and comprises a first cantilevered top wall connected to a second bottom wall cantilevered by a connecting wall of the profile.
  • the reinforcement is made of composite material.
  • the composite material of the reinforcement is preferably made of fiberglass or carbon and synthetic resin.
  • the composite material of the reinforcement advantageously comprises a stack of transverse or circumferential layers at 90 ° and layers inclined at ⁇ 40 ° to 50 ° with respect to a longitudinal axis of the reinforcement.
  • the reinforcement is made of a metal compatible in terms of differential expansion with the polymerization cycle of the composite panel so as not to degrade the collages.
  • the core / reinforcement and skin / reinforcement connections are preferably made with a film adhesive but can also be made with a self-adhesive resin.
  • the invention further proposes an assembly of a composite panel according to the invention forming a first structural element with a second structural element which comprises a connecting element comprising a profile provided with a bearing face and fixing the the element on the panel at the first wall of the reinforcement, a connecting face and a bearing and fixing face on the edge of return to the skin of the panel.
  • the connecting face along the transition face.
  • the linking element is preferably part of a structural element to be attached to the composite panel.
  • the invention further relates to an assembly of two composite panels according to the invention disposed opposite head to tail at their assembly ends, fastening means fixing the edges of the return to the skin of each of said panels on the reinforcement of the panels opposite through a face of said opposite panel.
  • Figure 1 a first example of attachment of a structural element of the composite panel type with a connecting element according to the prior art
  • FIG. 2 an example of bonding two composite panels by splicing of the prior art
  • Figure 3 a sectional view of a composite panel termination according to a first embodiment of the invention
  • Figure 4 a sectional view of an exemplary assembly device according to the invention of the panel of Figure 3 with a structural element;
  • FIGS. 5a, 5b, 5c, 5d show sectional views of exemplary embodiments of panels according to various embodiments of the invention.
  • Figure 7 a junction of two panels according to the invention.
  • FIGS. 1 and 2 show prior art connection devices, in particular in the aeronautical and space field.
  • FIG. 1 relates to a sandwich / metal connection with a "U" flange where the panel A is taken up between two plates B and C, the plate C being attached and fixed on a connecting piece D comprising the plate B.
  • FIG. a sandwich / metal connection by splicing with return to the skin. The splint is fixed on the returns to the skin H1, H2 of two composite panels G1, G2.
  • connection shown in FIG. 2 has the disadvantage of greatly reducing the flexural inertia of the structure in the connection zone, which may present a weak point that is not acceptable by the design.
  • the connection shown in Figure 1 does not pose this problem, but at the cost of a large number of connection lines to achieve and the presence of a splint.
  • the composite panel 1 has two composite skins 10, 1 1 in particular made of fiberglass and / or carbon associated with a synthetic resin for example an epoxy resin whose thicknesses and draping are optimized to ensure the requirements of mechanical strength and stiffness of the panel. It comprises a core material 12 preferably made of polyethylene (PET) foam, polymethacrylimide (PMI), aluminum honeycomb or aramid fiber known under the trademark Nomex.
  • the completion of the termination includes a hollow or full end section 1 6.
  • the profile which can be made of the same material as the core, is provided with an inclined face at the edge of the structure.
  • the slope of the inclined face realizes an inclined layup support adapted to allow a skin 10 to be applied to the other 1 1 by a progressive transition for example along a slope between 30 ° and 60 ° to the zone back to the skin 17 where the skins are superimposed.
  • the skins are represented before bonding or polymerization, in particular at the return to the skin 17. Examples of polymerized terminations are shown in particular in FIGS. 5A to 5D.
  • the profile is cut into a triangle and according to FIG.
  • the profile comprises a section provided with a rectangular portion under an upper wall 14 "a of the reinforcement and of a triangular portion between the edge of the wall 14 "has reinforcement and the border 17.
  • the soul / skin connections 20 are made with a film adhesive or a self-adhesive resin and a reinforcing element 13a is integrated during the manufacture of the panel parallel to the edge of the panel separated from said edge by the profile.
  • the reinforcing element 13a in the form of a square or rectangular tube integrated into the panel and bordering the edge of the panel comprises a first wall 14a facing one of the skins, a second wall 14b opposite the other of the skins and two walls of link 15a, 15b between said first and second walls.
  • the assembly termination comprising beyond the reinforcing element a return edge to the skin 17 made by joining together the two skins 10, 1 1 and the profile 1 6 cut in a triangle is disposed between the reinforcing element 13a and the border 17 where the skins meet, said section forming an inclined layering support providing a transition face 21 allowing the upper skin to be applied to the lower skin to achieve the border.
  • the reinforcement is made of a metal compatible in terms of differential expansion with the polymerization cycle of the composite panel so as not to degrade the collages.
  • a device for assembling a composite panel type element 1 with a second structural element 35 comprises a connecting element 31 comprising a profile provided with a support face 32 and fixing the element on the panel at the first wall 14a of the reinforcement 13a, a connecting face 34 and a face 33 of support and attachment to the edge 17 of return to the skin of the panel.
  • the connecting face 34 runs along the transition face 21 and the first bearing face is on one side of the panel while the second side is on the opposite side of the panel.
  • the connecting element 31 is integral with a structural element 35 to be fixed to the composite panel whereas in the case of FIG. 6, the panel of the invention is fixed directly on a terminal folded sheet metal forming a metal panel.
  • the connecting element 31 is fixed to the panel at the level of the reinforcement and the edge by fastening means of bolts blind 40, 41 as in the case of Figure 6, the bolt fixing the connecting element at the reinforcement.
  • the fixing means are preferably made of stainless steel materials (type A286) and / or titanium alloy type TA6V in order to ensure the compatibility of the assembly device with respect to galvanic corrosion.
  • the fastening means are chosen either with protruding head 40 or countersunk head 41.
  • the functions of the reinforcement 13a are to locally reinforce the inner skin vis-à-vis the local tearing forces induced by the blind bolt, to provide protection of the outer skin vis-à-vis the degradation induced during drilling ( delaminating out of hole) and / or forming the bulb of the blind bolt, to diffuse the localized tearing force at the blind bolt to the core material and to the external composite skin and to mechanically resume the efforts of compression introduced locally by the connection, instead of the foam whose compression resistance is low.
  • Figure 7 shows the assembly of two panels of the invention head to tail.
  • first fixing means 401 pass through the edge 17 'of a first 1' of the two composite panels, the skin 1 1 provided with the transition slope of the second 1 of the two panels and the reinforcement 13a of this second panel and second fastening elements 402 pass through the edge 17 of the second of the two panels, the skin January 1 'provided with the transition slope of the first of the two panels and the reinforcement 13'a of this first panel.
  • a filling element 42 catches the game at one of the two fasteners.
  • reinforcing geometries may be provided provided to connect the two skins of the sandwich panel and to have a width sufficient to allow the installation of the fasteners.
  • FIGS. 5A to 5D Several examples of reinforcing geometries are shown in FIGS. 5A to 5D as examples.
  • the reinforcement is a tube 13a of rectangular or square section for which the first 14a and the second 14b walls form respectively an upper and lower face of the reinforcement, said faces being connected by side walls 15a, 15b of the tube.
  • the reinforcement is an omega section 13b and has a first central wall 14a 'connected to two second walls 14c, 14d by lateral ribs 15c, 15d of the section.
  • the space inside the profile can be left empty.
  • the reinforcement is a Z-shaped section 13c and has a first cantilevered top wall 14a 'connected to a second cantilevered bottom wall 14e by a connecting wall 15e of the profile.
  • the reinforcement preferably consists of fiberglass or carbon fibers depending on the applications associated with a resin (epoxy for example).
  • the reinforcement may also be made of metal material, provided also to verify in this case the compatibility in terms of differential expansion with the polymerization cycle of the composite panel so as not to degrade the collages.
  • the metal may be a nickel iron steel known as INVAR.
  • the stack of the reinforcement preferably consists of circumferential layers (90 °) and longitudinal layers ⁇ a (for example ⁇ 45 °), in a proportion that may be 50% for one and the other.
  • the thickness of the wall will be of the order of magnitude of that of the skins, being of the order of 2 to 4mm.
  • the reinforcement may be an already polymerized profile; or it can be made in situ during the manufacture of the sandwich panel and polymerized at the same time as the latter.
  • the connecting elements are preferably made of blind bolts given the lack of access to the interior of the structure "A” (and also potentially “C” to ensure the passage of a wrench.
  • the connecting elements may be chosen to protruding heads or countersunk heads if there is a requirement for a smooth profile on the outer face of the box, for example, so as to mask the presence of the heads under the paint.
  • the complementary structure element 35 on which the panel is mounted may be made of a metallic material, for example in the case of a connection with an existing aluminum alloy body structure or steel.
  • This element can also be a composite material sandwich panel. In this case, it will resume the constructive principles of the composite panel of the invention. Given the fact that the connection is hyperstatic, a functional assembly game is to be taken into account at one of the two wings 32, 33 of the link.
  • This functional clearance can be filled before or after the establishment of the connecting elements by a filling material 42.
  • the solution may for example consist of interposing a liquid resin in the game to be filled and then to carry out the curing cycle of this resin .
  • This resin will preferably consist of an epoxy base (for example known under the trademark Hysol EA9394 or other equivalent solutions) loaded to withstand the compressive stresses in the joint.
  • an epoxy base for example known under the trademark Hysol EA9394 or other equivalent solutions
  • the implementation of this resin may also be performed by injection into the air gap after docking.
  • Another solution is to deposit a layer of liquid sealant in one of the two parts before docking, the docking efforts to ensure the creep mastic.
  • Another solution for filling is to use solid shims and interpose them in the air gap, but this requires an additional operation of residual gaming measurement followed by disassembly of the link, which is a disadvantage in terms of assembly cost in relation to the liquid filling solution.
  • the present invention can be used in particular on all types of road transport vehicles or rail passenger transport, for which structural connections are required.
  • the invention is not limited to the example shown and in particular one or more edges of the structure may be provided with the assembly device of the invention.
  • the reinforcements can be made in the form of a continuous frame.

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Abstract

Panneau composite (1) comprenant une peau supérieure et une peau inférieure (10, 11) de part et d'autre d'une âme (12) en mousse ou nid d'abeille, qui comprend au niveau d'un bord du panneau composite une terminaison d'assemblage comportant un élément renfort (13a, 13b, 13c) intégré au panneau et longeant le bord du panneau, l'élément renfort comportant au moins une première paroi (14a, 14'a, 14"a) en regard d'une desdites peaux, au moins une seconde paroi (14b, 14c, 14d, 14e) en regard de l'autre desdites peaux et au moins une paroi de liaison (15a, 15b, 15c, 15d, 15e) entre lesdites première et seconde parois, la terminaison d'assemblage comportant en outre au delà de l'élément renfort une bordure de retour à la peau (17) réalisée en solidarisant ensemble les deux peaux (10, 11).

Description

PANNEAU COMPOSITE MUNI D'UNE TERMINAISON D'ASSEMBLAGE PERFECTIONNEE ET STRUCTURE COMPORTANT UN TEL PANNEAU
Domaine de l'invention
La présente invention concerne un panneau composite destiné à former un élément de structure, muni d'une terminaison d'assemblage perfectionnée et une structure comportant un tel panneau. Le panneau de l'invention s'applique à des structures comportant des panneaux composites de type sandwich dans le but d'assurer une liaison structurale entre le panneau composite sandwich et d'autres éléments de la structure, ces derniers pouvant être des structures métalliques ou d'autres panneaux composites.
L'invention est plus particulièrement applicable sur des structures de grandes dimensions dans le domaine, comme par exemple les parois de voitures de transport ferroviaire.
Arrière plan technologique
De façon générale, et comme en particulier dans le transport terrestre et notamment le domaine ferroviaire, les liaisons entre différents panneaux de structure sont assurées par lignes de soudures par des rivets structuraux ou des liaisons boulonnées.
Les concepteurs de structures de trains, comme c'est le cas dans tous les domaines du transport, cherchent à diminuer la masse des structures afin d'augmenter la charge utile et/ou à réduire les consommations d'énergie, tout en maîtrisant les coûts de production.
Il est alors intéressant dans le domaine des transports terrestres de rechercher des solutions utilisant des matériaux composites à hautes performances, comme cela est le cas dans les domaines de l'aéronautique et du spatial. L'introduction de pièces de structures en matériaux composites à hautes performances nécessite de mettre en oeuvre des solutions techniques économiques et fiables pour assurer les liaisons mécaniques entre les différents sous-ensembles.
La présente invention concerne le domaine technique relatif à l'assemblage de grandes structures, en général métallique, et souvent de type sandwich, ou de panneaux constitués de deux peaux reliées par des pièces de liaison, et plus particulièrement le domaine des structures de trains, auquel on se référera pour la suite de la description.
Le document EP0392828A1 aux figures 4 et 7 à 10 décrit des jonctions boulonnées entre différents types de planchers de caisses de voitures de train et des parois verticales de ces caisses. L'exemple de la figure 4 propose notamment de réaliser un caisson avec deux cornières fixées entre elles et pourvues d'ailes de reprise du plancher extrudé.
Le document JP2001278039A propose de réaliser la jonction d'un plancher avec une paroi en panneau sandwich avec une pièce en équerre.
Le document US6065261 A décrit, dans le cadre de la fixation de panneaux composites sandwich avec des panneaux tubulaires métalliques en alliages légers, des pièces de jonction entre lesdits panneaux réalisées au moyen de profilés tubulaires pourvus d'ailes d'appui sur les panneaux tubulaires métalliques, ces derniers étant eux mêmes pourvus d'ailes qui sont boulonnées ou rivetées sous une face inférieure des profilés tubulaires.
Pour les liaisons avec des panneaux composites sandwich, dans le domaine aéronautique il existe notamment des dispositifs à bride en U comme représenté à la figure 1 et des dispositifs d'éclissage comme représenté à la figure 2. Les fixations se reprennent sur les peaux avec dans le cas de la figure 2 une technique dite de retour à la peau pour laquelle les peaux dépassent de l'âme et sont solidarisées ensemble avec une contre plaque métallique.
Dans le cadre de l'art antérieur, la liaison représentée en figure 2 présente l'inconvénient de réduire fortement l'inertie en flexion de la structure dans la zone de liaison, ce qui peux présenter un point faible non acceptable. La liaison présentée en figure 1 permet de remédier à ce problème, mais au prix d'un nombre important de lignes de liaisons à réaliser ce qui représente du cycle et donc du coût.
Il est à noter que ces deux exemples de liaisons ont en commun l'utilisation d'une éclisse, dont la présence nécessite des lignes de liaison spécifique et donc supplémentaires
Brève description de l'invention
Dans le cadre de la présente invention, l'architecture envisagée pour les pièces de structure en matériaux composites est constituée de panneaux sandwich comportant deux peaux en matériaux composite constituées de fibres et de résine synthétique à base de matériau polymère.
Les peaux sont collées de chaque côté d'une âme de faible densité qui permet d'obtenir les propriétés d'inertie de flexion souhaitée. Ce type de structure est avantageux en termes de performance et de coût.
La liaison de ces pièces de structure en matériaux composite avec des éléments de structure complémentaires nécessite de réaliser une liaison réalisant une transition entre lesdits panneaux et lesdits éléments reprenant les efforts subis par les panneaux et assurant l'intégrité physique des extrémités desdites pièces de structure. Le choix de la technologie de liaison objet de l'invention repose sur l'utilisation d'éléments de liaisons mécaniques tels que rivets, boulons aveugles ou vis/écrous et l'utilisation d'inserts renforçant la liaison.
L'invention a en particulier comme objectifs d'assurer une liaison structurale entre un panneau sandwich et une structure métallique ou entre deux panneaux sandwich, de préservant une inertie optimale en flexion et de minimiser le nombre de lignes de fixation et donc le cout de l'assemblage.
Plus précisément l'invention propose un panneau composite comprenant une peau supérieure et une peau inférieure de part et d'autre d'une âme en mousse ou nid d'abeille, qui comprend au niveau d'un bord du panneau composite une terminaison d'assemblage comportant un élément renfort intégré au panneau et longeant le bord du panneau, l'élément renfort comportant au moins une première paroi en regard d'une desdites peaux, au moins une seconde paroi en regard de l'autre desdites peaux et au moins une paroi de liaison entre lesdites première et seconde parois, la terminaison d'assemblage comportant en outre au delà de l'élément renfort une bordure de retour à la peau réalisée en solidarisant ensemble les deux peaux.
Selon un mode de réalisation préférentiel, un profilé est disposé entre l'élément renfort et la bordure où les peaux se rejoignent, ledit profilé étant muni d'une face inclinée au bord de la structure, ledit profilé formant un support de drapage incliné réalisant une face de transition permettant à la peau supérieure de venir s'appliquer sur la peau inférieure pour réaliser la bordure.
Selon un premier mode de réalisation, le renfort est un tube de section rectangulaire ou carrée pour lequel la première et la seconde parois forment respectivement une face supérieure et inférieure du renfort, lesdites faces étant reliés par des parois latérales du tube.
Selon un deuxième mode de réalisation, le renfort est un profilé oméga et comporte une première paroi centrale reliée à deux secondes parois par des nervures latérales du profilé oméga.
Selon une première alternative, l'espace interne au renfort est comblé par un matériau de même structure que l'âme du panneau.
Selon une seconde alternative, l'espace interne au renfort est laissé vide.
Selon un troisième mode de réalisation, le renfort est un profilé en Z et comporte une première paroi supérieure en porte à faux reliée à une seconde paroi inférieure en porte à faux par une paroi de liaison du profilé.
Selon un premier mode de réalisation, le renfort est réalisé en matériau composite.
Le matériau composite du renfort est préférablement constitué de fibre de verre ou carbone et de résine synthétique.
Le matériau composite du renfort comporte avantageusement un empilement de couches transversales ou circonférentielles à 90° et de couches inclinées à ± 40° à 50° par rapport à un axe longitudinal du renfort.
Selon un second mode de réalisation, le renfort est réalisé dans un métal compatible en terme de dilatation différentielle avec le cycle de polymérisation du panneau composite en sorte de ne pas dégrader les collages.
Les liaisons âme/renfort et peau/renfort sont préférablement réalisées avec un adhésif en film mais peuvent aussi être réalisées avec une résine autoadhésive. L'invention propose en outre un assemblage d'un panneau composite selon l'invention formant un premier élément de structure avec un second élément de structure qui comporte un élément de liaison comportant un profil pourvu d'un face d'appui et de fixation de l'élément sur le panneau au niveau de la première paroi du renfort, une face de liaison et une face d'appui et de fixation sur la bordure de retour à la peau du panneau.
Dans le cas où le panneau composite comporte une face de transition, la face de liaison longe la face de transition.
L'élément de liaison fait préférablement partie d'un élément de structure à fixer au panneau composite.
L'invention concerne en outre un assemblage de deux panneaux composite selon l'invention disposés opposés tête bêche au niveau de leurs terminaisons d'assemblage, des moyens de fixation fixant la bordures de retour à la peau de chacun desdits panneaux sur le renfort du panneaux opposé au travers d'une face dudit panneau opposé.
Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront apparents à la lecture de la description qui suit d'un exemple non limitatif de réalisation de l'invention en référence aux dessins qui représentent:
En figure 1 : un premier exemple de fixation d'un élément structurel de type panneau composite avec un élément de liaison selon l'art antérieur;
en figure 2: un exemple de liaison de deux panneaux composites par éclissage de l'art antérieur;
en figure 3: une vue en coupe d'une terminaison de panneau composite selon un premier mode de réalisation de l'invention;
en figure 4: une vue en coupe d'un exemple de dispositif d'assemblage selon l'invention du panneau de la figure 3 avec un élément structurel;
aux figures 5a, 5b, 5c, 5d: des vues en coupe d'exemples de réalisation de panneaux selon différents modes de réalisation de l'invention;
en figure 6: une vue en coupe d'une variante de dispositif d'assemblage de l'invention;
En figure 7: une jonction de deux panneaux selon l'invention.
Description détaillée de modes de réalisation de l'invention Les figures 1 et 2 représentent des dispositifs de liaison de l'art antérieur notamment dans le domaine aéronautique et spatial. La figure 1 concerne une liaison sandwich/métal par bride en « U » où le panneau A est repris entre deux plaques B et C, la plaque C étant rapportée et fixée sur une pièce de liaison D comportant la plaque B. La figure 2 représente une liaison sandwich/métal par éclissage avec retour à la peau. L'éclisse est fixée sur les retours à la peau H1 , H2 de deux panneaux composites G1 , G2.
La liaison présentée en figure 2 présente l'inconvénient de réduire fortement l'inertie en flexion de la structure dans la zone de liaison, ce qui peux présenter un point faible non acceptable par le design. La liaison présentée en figure 1 ne pose pas ce problème, mais au prix d'un nombre important de lignes de liaisons à réaliser et de la présence d'une éclisse.
Le principe de la liaison de l'invention basé sur un renfort intégré au panneau est décrit à la figure 3 et les principaux éléments qui constituent la terminaison de fixation du panneau sont représentés à la figure 4. Le panneau composite 1 comporte deux peaux en composite 10, 1 1 notamment réalisés en fibre de verre et/ou de carbone associée à une résine synthétique par exemple une résine époxy dont les épaisseurs et le drapage sont optimisé pour garantir les exigences de tenue mécanique et de raideur du panneau. Il comporte un matériau d'âme 12 préférentiellement en mousse polyéthylène (PET), polyméthacrylimide (PMI), nid d'abeille aluminium ou à fibre aramide connue sous la marque Nomex. La réalisation de la terminaison inclut un profilé d'extrémité 1 6 creux ou plein.
Le profilé, qui peut être réalisé dans le même matériau que l'âme, est pourvu d'une face inclinée au bord de la structure. La pente de la face inclinée réalise un support de drapage incliné adapté à permettre à une peau 10 de venir s'appliquer sur l'autre 1 1 par une transition progressive par exemple selon une pente entre 30° et 60° jusqu'à la zone de retour à la peau 17 où les peaux sont superposées. En figure 3, les peaux sont représentées avant collage ou polymérisation, notamment au niveau du retour à la peau 17. Des exemples de terminaisons polymérisées sont représentés en particulier aux figures 5A à 5D. Selon la figure 5A, le profilé est découpé en triangle et selon la figure 5D, le profilé comporte une section pourvue d'une portion rectangulaire sous une paroi supérieure 14"a du renfort et d'une portion triangulaire entre le bord de la paroi 14"a du renfort et la bordure 17. Les liaisons âme/peau 20 sont réalisées avec un adhésif en film ou une résine autoadhésive et un élément renfort 13a est intégré lors de la fabrication du panneau parallèlement au bord du panneau séparé dudit bord par le profilé.
L'élément renfort 13a en forme de tube carré ou rectangulaire intégré au panneau et longeant le bord du panneau comporte une première paroi 14a en regard d'une des peaux, une seconde paroi 14b en regard de l'autre des peaux et deux parois de liaison 15a, 15b entre lesdites première et seconde parois. La terminaison d'assemblage comportant au delà de l'élément renfort une bordure de retour à la peau 17 réalisée en solidarisant ensemble les deux peaux 10, 1 1 et le profilé 1 6 découpé en triangle est disposé entre l'élément renfort 13a et la bordure 17 où les peaux se rejoignent, ledit profilé formant un support de drapage incliné réalisant une face de transition 21 permettant à la peau supérieure de venir s'appliquer sur la peau inférieure pour réaliser la bordure.
Le renfort est réalisé dans un métal compatible en terme de dilatation différentielle avec le cycle de polymérisation du panneau composite en sorte de ne pas dégrader les collages.
En référence à la figure 4, un dispositif d'assemblage d'un élément de structure de type panneau composite 1 avec un second élément de structure 35 comporte un élément de liaison 31 comportant un profil pourvu d'un face 32 d'appui et de fixation de l'élément sur le panneau au niveau de la première paroi 14a du renfort 13a, une face de liaison 34 et une face 33 d'appui et de fixation sur la bordure 17 de retour à la peau du panneau.
La face de liaison 34 longe la face de transition 21 et la première face d'appui se trouve d'un premier côté du panneau alors que la seconde se trouve sur le côté opposé du panneau.
Dans le cas de la figure 6, l'élément de liaison 31 est solidaire d'un élément de structure 35 à fixer au panneau composite alors que dans le cas de la figure 6, le panneau de l'invention est fixé directement sur une terminaison pliée d'une tôle 30 formant un panneau métallique.
Dans le cas de la figure 4, l'élément de liaison 31 est fixé au panneau au niveau du renfort et de la bordure par des moyens de fixation de type boulons aveugles 40, 41 de même que dans le cas de la figure 6, le boulon fixant l'élément de liaison au niveau du renfort.
Dans le cas où les peaux du panneau sandwich sont constituées à partir de fibres de carbone, les moyens de fixation sont préférablement réalisés en matériaux en acier inoxydable (type A286) et/ou en alliage de titane type TA6V afin d'assurer la compatibilité du dispositif d'assemblage vis-à-vis de la corrosion galvanique.
Les moyens de fixation sont choisis soit à tête protubérante 40 ou à tête fraisée 41 .
Les fonctions du renfort 13a sont de renforcer localement la peau interne vis-à-vis des efforts locaux d'arrachement induit par le boulon aveugle, d'assurer une protection de la peau externe vis-à-vis des dégradations induites lors du perçage (délaminage en sortie de trou) et/ou de formation du bulbe du boulon aveugle, de diffuser l'effort d'arrachement localisé au niveau du boulon aveugle vers le matériau d'âme et vers la peau composite externe et de reprendre mécaniquement les efforts de compression introduit localement par la liaison, à la place de la mousse dont la tenue en compression est faible.
La figure 7 représente l'assemblage de deux panneaux de l'invention tête bêche.
Selon cet exemple, des premiers moyens de fixation 401 traversent la bordure 17' d'un premier 1 ' des deux panneaux composites, la peau 1 1 pourvue de la pente de transition du second 1 des deux panneaux et le renfort 13a de ce second panneau et des seconds éléments de fixation 402 traversent la bordure 17 du second des deux panneaux, la peau 1 1 ' pourvue de la pente de transition du premier des deux panneaux et le renfort 13'a de ce premier panneau. Un élément de comblement 42 rattrape le jeu au niveau de l'une des deux fixations.
Plusieurs géométries de renfort peuvent être prévues à la condition de relier les deux peaux du panneau sandwich et de présenter une largeur suffisante pour autoriser la pose des éléments de fixations. Plusieurs exemples de géométries de renforts sont indiqués aux figures 5A à 5D à titre d'exemples.
Selon la figure 5A, le renfort est un tube 13a de section rectangulaire ou carrée pour lequel la première 14a et la seconde 14b parois forment respectivement une face supérieure et inférieure du renfort, lesdites faces étant reliés par des parois latérales 15a, 15b du tube.
Selon les figures 5B et 5C le renfort est un profilé oméga 13b et comporte une première paroi centrale 14a' reliée à deux secondes parois 14c, 14d par des nervures latérales 15c, 15d du profilé.
Dans le cas des figures 5A et 5B l'espace interne au profilé peut être laissé vide.
Dans le cas de la figure 5C l'espace interne au profilé est comblé par un matériau 18 de même structure que l'âme du panneau.
Dans le cas de la figure 5D le renfort est un profilé en Z 13c et comporte une première paroi supérieure en porte à faux 14a' reliée à une seconde paroi inférieure en porte à faux 14e par une paroi de liaison 15e du profilé.
Dans les configurations ou le renfort n'est pas supporté par un matériau d'âme, cas des figures 5A et 5B, il est nécessaire de s'assurer de la tenue mécanique du profilé sous les contraintes de pression et de température induites par le cycle de polymérisation du panneau sandwich.
Le renfort est constitué préférentiellement de fibre de verre ou de fibres de carbone en fonction des applications associé à une résine (époxy par exemple).
On s'assurera de la compatibilité en dilatation différentielle des matériaux du composite et du renfort.
Le renfort peut également être constitué de matériau métallique, à la condition de vérifier aussi dans ce cas la compatibilité en terme de dilatation différentielle avec le cycle de polymérisation du panneau composite en sorte de ne pas dégrader les collages. Par exemple, si le composite est un composite à base de fibres de carbone le métal peut être un acier fer nickel connu sous l'appellation INVAR.
En effet, si une dilatation différentielle entre le profilé et les peaux en composite existe, elles vont majoritairement apparaître dans le sens de la longueur lors de la montée en température et vont générer des contraintes internes dans les liaisons collées lors du refroidissement. Ces contraintes peuvent affaiblir l'assemblage, le gauchir ou au pire conduire à la rupture des adhésifs notamment pour des panneaux de longueur supérieure à une dizaine de mètres comme des panneaux réalisant une paroi continue de caisse de voiture ferroviaire. L'empilement du renfort est constitué préférentiellement de couches circonférentielles (90°) et de couches longitudinales ±a (par exemple ±45°), selon une proportion qui peut être à 50% pour l'une et l'autre. L'épaisseur de la paroi sera de l'ordre de grandeur de celle des peaux, soit de l'ordre de 2 à 4mm.
Le renfort peut être un profilé déjà polymérisé ; ou bien il peut être réalisé in situ lors de la fabrication du panneau sandwich et polymérisé en même temps que ce dernier.
Les éléments de liaison sont constitués préférentiellement de boulons aveugles compte-tenu de l'absence d'accès à l'intérieur de la structure « A» (et également potentiellement « C » pour assurer le passage d'une clef de serrage.
Les éléments de liaison pourront être choisis à têtes protubérantes ou à têtes fraisées en cas d'exigence de profil lisse en face externe de la caisse par exemple, de façon à masquer la présence des têtes sous la peinture.
De retour à la figure 4, l'élément de structure complémentaire 35 sur lequel se monte le panneau peut être constitué d'un matériau métallique, par exemple dans le cas d'une liaison avec une structure de caisse existante en alliage d'aluminium ou acier. Cet élément peut aussi être également un panneau sandwich en matériaux composite. Dans ce cas, il reprendra les principes constructifs du panneau composite de l'invention. Compte-tenu du fait que la liaison est hyperstatique, un jeu fonctionnel de montage est à prendre en compte au niveau de l'une des deux ailes 32, 33 de la liaison.
Ce jeu fonctionnel peut être comblé avant ou après la mise en place des éléments de liaison par un matériau de comblement 42. La solution peut par exemple consister à interposer une résine liquide dans le jeu à combler puis à effectuer le cycle de durcissement de cette résine.
Cette résine sera préférentiellement constituée d'une base époxy (par exemple connue sous la marque Hysol EA9394 ou autres solutions équivalentes) chargée afin de supporter les contraintes de compression dans le joint.
La mise en oeuvre de cette résine pourra aussi être réalisée par injection dans l'entrefer après accostage.
Une autre solution consiste à déposer une couche de mastic liquide en surépaisseur sur l'une des deux pièces avant accostage, les efforts d'accostage permettant d'assurer le fluage du mastic. Une autre solution pour assurer le comblement consiste à utiliser des cales solides et à les interposer dans l'entrefer, mais cela nécessite une opération supplémentaire de mesure des jeux résiduels suivi d'un démontage de la liaison, ce qui constitue un désavantage en termes de cout d'assemblage par rapport à la solution de comblement liquide.
La présente invention peut être utilisée notamment sur tous les types de véhicules de transport routier ou ferroviaires destinés au transport de passager, pour lesquels des liaisons structurales sont requises. L'invention n'est pas limitée à l'exemple représenté et notamment un ou plusieurs bords de la structure peuvent être pourvus du dispositif d'assemblage de l'invention. Dans le cas d'une structure à quatre côtés notamment les renforts peuvent être réalisés sous forme d'un cadre continu.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1 - Panneau composite (1 ) comprenant une peau supérieure et une peau inférieure (10, 1 1 ) de part et d'autre d'une âme (12) en mousse ou nid d'abeille, caractérisé en ce qu'il comprend au niveau d'un bord du panneau composite une terminaison d'assemblage comportant un élément renfort (13a, 13b, 13c) intégré au panneau et longeant le bord du panneau, l'élément renfort comportant au moins une première paroi (14a, 14'a, 14"a) en regard d'une desdites peaux, au moins une seconde paroi (14b, 14c, 14d, 14e) en regard de l'autre desdites peaux et au moins une paroi de liaison (15a, 15b, 15c, 15d, 15e) entre lesdites première et seconde parois, la terminaison d'assemblage comportant en outre au delà de l'élément renfort une bordure de retour à la peau (17) réalisée en solidarisant ensemble les deux peaux (10, 1 1 ).
2 - Panneau composite selon la revendication 1 pour lequel un profilé (1 6) est disposé entre l'élément renfort (13a, 13b, 13c) et la bordure (17) où les peaux se rejoignent, ledit profilé étant muni d'une face inclinée au bord de la structure, ledit profilé formant un support de drapage incliné réalisant une face de transition (21 ) permettant à la peau supérieure de venir s'appliquer sur la peau inférieure pour réaliser la bordure.
3- Panneau composite selon la revendication 1 ou 2 pour lequel le renfort est un tube (13a) de section rectangulaire ou carrée pour lequel la première (14a) et la seconde (14b) parois forment respectivement une face supérieure et inférieure du renfort, lesdites faces étant reliés par des parois latérales (15a, 15b) du tube.
4 - Panneau composite selon la revendication 1 ou 2 pour lequel le renfort est un profilé oméga (13b) et comporte une première paroi centrale (14a') reliée à deux secondes parois (14c, 14d) par des nervures latérales (15c, 15d) du profilé oméga.
5 - Panneau composite selon la revendication 3 ou 4 pour lequel l'espace interne au renfort est comblé par un matériau (18) de même structure que l'âme du panneau. 6 - Panneau composite selon la revendication 3 ou 4 pour lequel l'espace interne au renfort est laissé vide.
7 - Panneau composite selon la revendication 1 ou 2 pour lequel le renfort est un profilé en Z (13c) et comporte une première paroi supérieure en porte à faux (14a') reliée à une seconde paroi inférieure en porte à faux (14e) par une paroi de liaison (15e) du profilé.
8 - Panneau composite selon l'une quelconque des revendications précédentes pour lequel le renfort est réalisé en matériau composite.
9 - Panneau composite selon la revendication 8 pour lequel le matériau composite du renfort est constitué de fibre de verre ou carbone et de résine synthétique.
10 - Panneau composite selon la revendication 8 ou 9 pour lequel le matériau composite du renfort comporte un empilement de couches transversales ou circonférentielles à 90° et de couches inclinées à ± 40° à 50° par rapport à un axe longitudinal du renfort..
1 1 - Panneau composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 pour lequel le profilé est réalisé dans un métal compatible en terme de dilatation différentielle avec le cycle de polymérisation du panneau composite.
12 - Panneau composite selon l'une quelconque des revendications précédentes pour lequel les liaisons âme/renfort et peau/renfort (20) sont réalisées avec un adhésif en film ou une résine autoadhésive.
13 - Assemblage d'un panneau composite selon l'une quelconque des revendications précédentes formant un premier élément de structure avec un second élément de structure caractérisé en ce qu'il comporte un élément de liaison (30, 31 ) comportant un profil pourvu d'un face (32) d'appui et de fixation de l'élément sur le panneau au niveau de la première paroi (14a, 14'a, 14"a) du renfort, une face de liaison (34) et une face (33) d'appui et de fixation sur la bordure (17) de retour à la peau du panneau.
14 - Assemblage selon la revendication 13 pour lequel le panneau composite comportant une face de transition selon la revendication 2, la face de liaison (34) longe la face de transition (21 ).
15 - Assemblage selon la revendication 13 ou 14 pour lequel l'élément de liaison fait partie d'un élément de structure (35) à fixer au panneau composite. 1 6 - Assemblage de deux panneaux composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 caractérisé en ce que les panneaux sont disposés opposés tête bêche au niveau de leurs terminaisons d'assemblage, des moyens de fixation (401 , 402) fixant la bordures de retour à la peau (17, 17') de chacun desdits panneaux sur le renfort (13a, 13'a) du panneaux opposé au travers d'une face (1 1 , 1 1 ') dudit panneau opposé.
PCT/EP2016/053662 2015-02-24 2016-02-22 Panneau composite muni d'une terminaison d'assemblage perfectionnée et structure comportant un tel panneau WO2016135092A1 (fr)

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