WO2017001337A1 - Panneau composite et liaison mécanique pour un tel panneau - Google Patents

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WO2017001337A1
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composite panel
reinforcement
folds
core
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Sylvain Claudel
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Airbus Defence And Space Sas
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    • Y02T30/00—Transportation of goods or passengers via railways, e.g. energy recovery or reducing air resistance

Definitions

  • the present invention is in the context of the replacement of metal structures by structures made of composite materials. It concerns in particular the transport sector in general and the railways in particular and for all the segments concerned: high-speed trains, regional trains, urban trains, metros, trams, trams, monorails, locomotives and others and the various train architectures. as articulated trains, single-level cars, two-level, distributed power trains or not.
  • the present invention more particularly relates to the embodiments of structures such as vehicle floors and in particular the intermediate floors of two-storey vehicles subjected to significant mechanical stresses and the manner of fixing them to the walls called in the rail vertical faces.
  • FIG. 1 represents the case of a prior art two-stage train car V which thus comprises an intermediate floor P.
  • the problem concerns the fixing of this floor on the two vertical faces F of the vehicle, fixing which must ensure the control of various requirements including the structural strength of the vehicle.
  • the floor structure is a structure made of metallic materials, steel or aluminum.
  • the connection is in the form of a piece K Y, the metal floor being carried by one of the branches K2 Y. L other branch K1 forming part of the outer face F.
  • this kind of structure is mechanically welded which can not be applied directly to composite materials because composite materials are not suitable for welding.
  • an optimized composite material structure must be redesigned with respect to metal structures to benefit from the advantages offered by these materials and in particular the ease of their implementation.
  • the object of the present invention is to provide a structural element made of a composite material adapted to such a carrier structure function and a fastening system allowing the assembly of such a structural element with support walls, and proposes for this purpose a composite panel made of sandwich material comprising a first skin, a second skin and a core, which comprises at least one edge along the core provided with a tubular reinforcement under which ends the first skin while the second skin extends along a free edge in cantilever beyond the tubular reinforcement.
  • the panel advantageously comprises at least on two of its opposite sides a border provided with said reinforcement.
  • said reinforcement is a carbon profile.
  • the profile is advantageously a carbon tube consisting of high strength carbon plies.
  • the plies are advantageously made with a drape comprising folds at 90 ° and folds at + 45 ° and -45 °, the orientation at 0 ° being given by the longitudinal axis of the profile in a ratio of 50 ⁇ 10% in volume of folds oriented at 90 °, 25 ⁇ 5% by volume of folds oriented at + 45 °. And 25 ⁇ 5% by volume of folds oriented at -45 °, the sum of the folds being 100%
  • the skins are glued to the reinforcement.
  • At least one of the skins of the composite panel comprises folds of high strength carbon prepregs.
  • the plies are preferably oriented in the four directions 0 ° / + 45 ° / - 45 ° / 90 ° +/- 5 °, the orientation at 0 ° being given by the longitudinal axis of the body.
  • the plies are draped in a ratio of 30%, 15%, 15%, 40% by volume respectively with a tolerance of +/- 5%.
  • the skins are draped with folds of unidirectional high strength carbon prepregs stacked.
  • the skins are draped with plies, high-strength multiaxial carbon prepregs + 45 ° / 0 ° / -45 ° +/- 5 ° and unidirectional at 90 °.
  • plies of multiaxial high strength carbon prepregs a semi product containing elementary plies, each ply being oriented in the appropriate direction.
  • the core of the composite panel advantageously comprises an aluminum honeycomb.
  • At least one layer of pre-impregnated glass fabric is preferably disposed between the core and each skin.
  • the fold of glass between the core and the second skin is extended to the end of the free edge cantilevered the second skin to electrically isolating the second skin from a first metal receiving member of the panel.
  • a glass fold strip is disposed on the first skin on its face opposite the reinforcement to electrically isolate the first skin from a second metal receiving member of the panel.
  • connection between the core and the skins and the connection between the reinforcement and the skins is advantageously provided by adhesive films, in particular films supported by a trellis.
  • the invention furthermore provides a mechanical connection between a composite panel of the invention and a load-bearing wall, the connection comprising a bracket made of metallic material with two staggered and staggered levels of attachment, a first level receiving the termination of the first skin on the reinforcement and a second level receiving said free edge ending the second skin.
  • the first level of the square, the termination of the first skin and the reinforcement are preferably fixed together by a first line of mechanical attachment points.
  • the free edge of the second skin and the second level of the square are preferably secured together by a second line of mechanical attachment points.
  • the bracket advantageously comprises a vertical base for fixing the bracket to the carrier wall support panel.
  • the sole comprises a high fastening line and a low fastening line provided with discontinuous bores.
  • the walls are composite panels comprising an inner skin, an outer skin and a core and comprising at least one fixing reinforcement of the bracket.
  • the invention finally provides a support structure such as a floor secured to walls comprising a composite panel and a mechanical connection as defined above.
  • the floor is an intermediate floor of a rail car and the walls of the sides of said car.
  • FIG. 1 an exploded schematic view of a two-stage rail car with a metal intermediate floor as known in the prior art
  • FIG. 2 a schematic view of a connection between metal structures of the prior art
  • FIG. 4 a cutaway perspective view of the link and the panel of FIG.
  • Figure 5 a perspective view of a detail of a floor of the invention and a fixing of this floor on a side of a rail car;
  • FIG. 6 a diagrammatic front view of the manufacture of a floor according to the invention
  • Figure 7 a perspective view of a panel according to the invention in progress.
  • the invention as described in FIG. 3 comprises a composite panel 1 made of sandwich material comprising a first skin 10, a second skin 11 and a core 12.
  • the latter comprises a border 14 along the core provided with a tubular reinforcement 13 under which ends the first skin 10 while the second skin 1 1 extends along a free edge 1 1 a in cantilever beyond the tubular reinforcement 13.
  • the intended application is in particular the realization of an intermediate floor which is fixed on the outer faces of a railway vehicle in replacement of the metal floor P of FIG.
  • the two opposite sides of the panel side comprise a border 14 provided with said reinforcement 13 and it is also possible to provide the front and rear edges of the panel of such a border.
  • the tubular reinforcement 13 is preferably a light and strong carbon profile but may optionally be an aluminum metal tube for example.
  • a carbon profile is that it can be integrated with the skins and the core in the panel manufacturing mold because it does not exhibit differential temperature expansion with the skins and nest of the panel. bee contrary to an aluminum profile that will be reported at the edges after molding of the panel.
  • the profile is a carbon tube, it may in particular consist of high strength carbon plies called HR carbon, that is to say whose tensile modulus of the fiber is between 220 and 260GPa with a layup comprising folds at 90 ° and folds at + 45 ° and -45 °, the orientation at 0 ° being given by the longitudinal axis of the profile in a ratio of 50 ⁇ 10% by volume of folds oriented at 90 °, ⁇ 5% by volume of folds oriented at + 45 °. And 25 ⁇ 5% by volume of folds oriented at -45 °.
  • HR carbon high strength carbon plies
  • the thickness of the profile may in particular be 3 mm +/- 0.5 to withstand the loads encountered for the floor.
  • the skins of the composite panel are made with multiaxial high strength carbon prepreg plies.
  • the stacking of the layers of the floor is represented in particular in FIG.
  • each of the two skins 10, 1 1 is made of high strength carbon plies with a lay-up comprising 0 ° folds, + 45 °, -45 ° and 90 °, the orientation at 0 ° being given by the longitudinal axis of the body.
  • the folds are draped in a ratio of 30%, 15%, 15%, 40% by volume respectively (tolerance of +/- 5%).
  • the total thickness of carbon composite on each skin is 3.9mm +/- 10% mm. For more or less demanding applications thicknesses and fold orientation ratio can be modified according to structural calculations.
  • the skins can be draped with folds of unidirectional stacked high strength carbon prepregs. It is also possible to use multiaxial high strength carbon prepregs + 45 ° / 0 ° / -45 ° +/- 5 °. and unidirectional at 90 ° The advantage is to minimize the draping time and therefore the cost of production of the piece.
  • the core of the composite panel 12 comprises an aluminum honeycomb of thickness: 50 mm +/- 1 mm.
  • the thickness of the core can be modified according to structural calculations.
  • a pre-impregnated glass fabric 101, 102 for example 0/90 ° balanced fabric is disposed between the core and each carbon skin.
  • the glass ply 102 between the core 12 and the second skin 1 1 extends to the end of the free edge cantilevered the second skin 1 1 to provide protection against galvanic corrosion between the panel and a metal face 32 shows in Figure 5 a fastener of the panel.
  • a strip of glass fabric 103 is disposed on the first skin 10 on its face opposite the reinforcement 13 in order to provide protection against galvanic corrosion with a metal face 31 of a complementary fastening element. of the panel shown in FIG.
  • the proportions and grammages of the skins are adapted to the application to ensure the resistance of the floor to the forces to which it is subjected and to the load of the passengers of the car.
  • the directions 0 ° and 90 ° are marked in particular in Figure 5 to give an idea of the orientation of the fibers, the direction 0 ° being in the direction of the length of the car and the direction 90 ° in the direction of the width.
  • the high-strength carbon prepreg is, for example, T700 type from Hexcel or TR50S from Mitsubishi.
  • the core 12 of the composite panel is chosen for the core 12 of the composite panel an aluminum honeycomb reinforcing the panel.
  • the core of the sandwich is, for example, made of an aluminum honeycomb with a density of 76 kg / m 3 with a diameter of 5.2 mm cells to limit the marking of the honeycomb on the skins.
  • the thickness of the honeycomb is for example 50 mm +/- 1 mm.
  • At least one layer of preimpregnated glass fabric is disposed between the core and each skin.
  • the glass fabric may be a non-structural 100g / m 2 dry prepreg. It provides protection against galvanic corrosion between the core and the skins.
  • the skins are glued on the reinforcement and on the core for example by means of a supported adhesive film, that is to say a film inside which there is a textile support frame.
  • the film may be a film with a mass per unit area of about 300 g / m 2 .
  • Such a film is for example known under the reference ST1035 from Structil.
  • the adhesive films 1 10, 1 1 1 cover the upper and lower faces of the core and the film January 12 is disposed between the lateral end of the core and the reinforcement 13.
  • a glass fabric for example 0/90 ° oriented and for example 100 g / m 2 non-structural dry is added in order to provide the following functions:
  • pre-impregnated glass fabrics 101 and 102 are disposed on each side of the core between the core and the skins.
  • the glass fabric 102 between the core and the second skin extends on the reinforcement 13 to the end of the free edge 1 1 has cantilevered the second skin 1 1 to provide protection against galvanic corrosion with a metal face 32 of an element 3 for fixing the panel on which the free edge 11a is fixed.
  • a glass fold strip 103 is disposed on the face opposite to the reinforcement 13 of the first skin 10 to provide protection against galvanic corrosion with a face 31 of a fastener 3 of the panel on which is fixed the first skin 10 to the right of the reinforcement 13.
  • An advantage of using carbon folds and a metallic honeycomb is to optimize the overall mechanical performance and thus the weight gain compared to the metal reference.
  • the composite floor made of sandwich material rests on its lateral sides facing the faces of the car on brackets 3 of metal material as shown in Figure 5 for one side of the floor.
  • the edge 14 reinforced with the reinforcing section 13 avoids a return to the skin and thus allows to have a connection area of small width, to reduce the overhang and therefore the mass of the square.
  • This termination architecture of the panel also simplifies draping of the latter and thus reduce the cost of manufacture.
  • the bracket 3 made of metallic material has two staggered and staggered levels of attachment.
  • a first level 31 receives the termination of the first skin 10 at the level of the reinforcement 13.
  • the first level 31 of the bracket, the termination of the first skin 10 and the reinforcement 13 are fixed together by a first line of mechanical attachment points 41.
  • a second level 32 receives said free edge 1 1 ending the second skin January 1.
  • the free edge 11a of the second skin 11 and the second level 32 of the bracket are fastened together by a second line of mechanical attachment points 42.
  • the bracket comprises a vertical plate 33 for fixing the bracket to the support wall 2 supporting the panel and comprises a high fastening line 34 and a low fastening line 35 provided with discontinuous bores.
  • the square is pre-attached to the composite outer face and the floor is placed on the bracket and fixed to the bracket by riveting or blind bolts.
  • the square can be the entire length of the floor or be made in several segments as the floor.
  • the walls can themselves be composite panels as shown in FIG. 4 and comprise an inner skin 22, an outer skin 24 and a core 23 and comprise integrated reinforcements 24a, 24b for fixing the bracket 3.
  • connection is particularly well suited to the recovery of a vertical load downwards, bonds glued between the profile and the hides then working in compression.
  • blind bolts for example of the EN6128 type or a screw-nut fastener comprising screws passing through the panel over its entire thickness.
  • the panel and the link meet secondary objectives and in particular ensure electrical continuity all along the body, reduce and standardize the number of connections between the faces and the floor.
  • FIG. 6 shows a schematic view of the panel in a traditional manufacturing mold for composites.
  • the panel 1 can be made as follows:
  • the draping of the carbon pre-impregnated plies of the skin 1 1 will be carried out on the upper face of the mold 200.
  • the glass fabric 101 is draped and then the supported adhesive film 1 10.
  • a tooling shim 210 is mounted against the vertical reference face 201 integrated in the mold. This wedge is coated with a non-stick coating.
  • a first section 13 is positioned along the shim 210 on the right edge of the panel.
  • This profile has for example an individual length of 3 to 4m and is covered with a glue film 1 12 on the vertical faces of the profiles.
  • couples or ribs 300 are integrated in the cross direction of the panel. These ribs shown in Figure 7 will ensure the lateral relative positioning of the sections 13 in the panel. A minimum of 2 ribs per profile will be expected. These ribs may be made of plywood thickness 15 +/- 5mm. These ribs are interposed between honeycomb core panels 12.
  • the panel may be of longer length using several reinforcements one behind the other.
  • the invention is described in the context of an application for two-stage train cars but can be generalized to other applications in transport or other field of activity.

Landscapes

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  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

L'objet de l'invention est un panneau composite réalisé en matériau sandwich comportant une première peau (10), une seconde peau (11) et une âme (12), qui comporte au moins une bordure (14) longeant l'âme pourvue d'un renfort (13) tubulaire sous lequel se termine la première peau (10) tandis que la seconde peau (11) se prolonge selon un bord libre (11a) en porte à faux au delà du renfort tubulaire (13). L'invention s'applique à la réalisation d'une structure porteuse telle qu'un plancher et prévoit la liaison mécanique entre un panneau composite (1) selon l'invention et une paroi porteuse (2) comportant une équerre (3) en matériau métallique à deux niveaux de fixation étagés et décalés, un premier niveau (31) recevant la terminaison de la première peau (10) sur le renfort (13) et un second niveau (32) recevant ledit bord libre (11a) terminant la seconde peau (11).

Description

PANNEAU COMPOSITE ET LIAISON MECANIQUE POUR UN TEL PANNEAU
Domaine de l'invention
La présente invention se situe dans le cadre du remplacement de structures métalliques par des structures en matériaux composites. Elle concerne notamment le secteur des transports en général et le ferroviaire en particulier et ce pour tous les segments concernés : Trains à Grande Vitesse, Régional, Urbain, métros, tramways, trains - trams, monorails, locomotives ou autres et les différentes architectures de trains comme trains articulé, voitures à un niveau, deux niveaux, trains à motorisation répartie ou pas.
Dans ce secteur, il est souhaité d'introduire l'usage des matériaux composites de façon à permettre d'alléger à moindre coût les structures des véhicules. Comme dans tout domaine de transport, l'allégement des structures permet une moindre consommation d'énergie, ce qui a un intérêt à la fois économique et écologique.
La présente invention concerne encore plus particulièrement les réalisations de structures telles que les planchers de véhicules et notamment les planchers intermédiaires de véhicules à deux étages soumis à des contraintes mécaniques importantes et la façon de les fixer aux parois appelées dans le ferroviaire faces verticales.
Arrière plan technologique
A titre d'exemple, la figure 1 représente le cas d'une voiture V de train à deux étages de l'art antérieur qui comporte donc un plancher intermédiaire P. La problématique concerne la fixation de ce plancher sur les deux faces verticales F du véhicule, fixation qui doit garantir la maîtrise de diverses exigences et notamment la tenue structurale du véhicule.
Dans l'état de l'art du ferroviaire, la structure du plancher est une structure en matériaux métalliques, acier ou aluminium. Par exemple, pour une structure assemblée de profilés extrudés aluminium connue telle que représentée en figure 2, la liaison se présente sous la forme d'une pièce K en Y, le plancher métallique étant porté par l'une des branches K2 du Y. L'autre branche K1 faisant partie de la face extérieure F.
Typiquement, ce genre de structure est mécano-soudée ce qui ne peut s'appliquer directement à des matériaux composites car les matériaux composites ne se prêtent pas au soudage. En outre, une structure en matériaux composite optimisée doit être reconçue par rapport aux structures métalliques pour bénéficier des avantages offerts par ces matériaux et notamment la facilité de leur mise en œuvre.
Pour un plancher intermédiaire l'assemblage doit répondre aux exigences suivantes :
reprise de la charge verticale, poids des sièges et passagers;
raidissement de la face extérieure pour la résistance aux ondes de pression dans la zone continue, notamment lors des passages dans des tunnels;
participation à la diffusion des efforts de compression dans la structure dans les zones d'extrémités où la liaison est soumise à du cisaillement longitudinal.
Il est donc nécessaire de concevoir le panneau composite réalisant un tel plancher et sa fixation pour lui permettre de répondre à ces exigences.
Brève description de l'invention
La présente invention a pour objectif de réaliser un élément structurel en matériau composite adapté à une telle fonction de structure porteuse et un système de fixation permettant l'assemblage d'un tel élément structurel avec des parois support et propose pour ce faire un panneau composite réalisé en matériau sandwich comportant une première peau, une seconde peau et une âme, qui comporte au moins une bordure longeant l'âme pourvue d'un renfort tubulaire sous lequel se termine la première peau tandis que la seconde peau se prolonge selon un bord libre en porte à faux au delà du renfort tubulaire.
Le panneau comprend avantageusement au moins sur deux de ses côtés opposés une bordure pourvue dudit renfort.
Selon un mode de réalisation particulier, ledit renfort est un profilé carbone. Le profilé est avantageusement un tube carbone constitué de plis carbones haute résistance.
Les plis sont avantageusement réalisés avec un drapage comportant des plis à 90° et des plis à +45° et -45°, l'orientation à 0° étant donné par l'axe longitudinal du profilé dans un rapport de 50±10% en volume de plis orientés à 90°, 25±5% en volume de plis orientés à +45°. Et 25±5% en volume de plis orientés à -45°,, la somme des plis faisant 100%
Préférablement, les peaux sont collées sur le renfort.
Au moins une des peaux du panneau composite comporte des plis de pré- imprégnés carbone haute résistance.
Les plis sont préférablement orientés dans les quatre directions 0°/+45°/- 45°/90° +/- 5°, l'orientation à 0° étant donné par l'axe longitudinal de la caisse.
Selon un mode de réalisation avantageux, les plis sont drapés dans un rapport de 30%, 15%, 15%, 40% en volume respectivement avec une tolérance de +/-5%.
Selon un premier mode de réalisation, les peaux sont drapées avec des plis de pré-imprégnés carbone haute résistance unidirectionnels empilés.
On appelle dans ce document carbone haute résistance des fibres de carbone commerciales par exemple de type T700 de la société Toray, de module en traction compris entre 220 et 260 GPa, et dont la résistance à la traction est comprise entre 3 et 6 GPa.
Selon un second mode de réalisation, les peaux sont drapées avec des plis, de pré-imprégnés carbone haute résistance multiaxiaux +45°/0°/-45° +/- 5° et des unidirectionnels à 90°.
A noter que dans ce document, on appelle plis de pré-imprégnés carbone haute résistance multiaxiaux un semi produit rassemblant des plis élémentaires, chaque pli étant orienté dans la direction adaptée.
L'âme du panneau composite comporte avantageusement un nid d'abeille aluminium.
Pour éviter la corrosion galvanique, au moins une couche de tissu de verre pré-imprégné est préférablement disposée entre l'âme et chaque peau.
Avantageusement, le pli de verre entre l'âme et la seconde peau se prolonge jusqu'à l'extrémité du bord libre en porte à faux la seconde peau pour isoler électriquement la seconde peau par rapport à un premier élément de support métallique de réception du panneau.
Une bande de pli de verre est disposé sur la première peau sur sa face opposée au renfort pour isoler électriquement la première peau par rapport à un second élément de support métallique de réception du panneau.
La liaison entre l'âme et les peaux et la liaison entre le renfort et les peaux est avantageusement assurée par des films adhésifs notamment des films supportés par un treillis.
L'invention prévoit en outre une liaison mécanique entre un panneau composite de l'invention et une paroi porteuse, la liaison comportant une équerre en matériau métallique à deux niveaux de fixation étagés et décalés, un premier niveau recevant la terminaison de la première peau sur le renfort et un second niveau recevant ledit bord libre terminant la seconde peau.
Le premier niveau de l'équerre, la terminaison de la première peau et le renfort sont préférablement fixés ensemble par une première ligne de points de fixation mécanique.
Le bord libre de la seconde peau et le second niveau de l'équerre sont préférablement fixés ensemble par une seconde ligne de points de fixation mécanique.
L'équerre comporte avantageusement une semelle verticale de fixation de l'équerre sur la paroi porteuse support du panneau.
Selon un mode de réalisation particulier, la semelle comporte une ligne de fixation haute et une ligne de fixation basse pourvues de perçages discontinus.
Avantageusement, les parois sont des panneaux composites comportant une peau interne, une peau externe et une âme et comportant au moins un renfort de fixation de l'équerre.
L'invention prévoit enfin une structure porteuse telle qu'un plancher solidarisé à des parois comportant un panneau composite et une liaison mécanique tels que définis ci-dessus.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le plancher est un plancher intermédiaire d'une voiture ferroviaire et les parois des faces de ladite voiture.
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 : une vue schématique éclatée d'une voiture ferroviaire à deux étages à plancher intermédiaire métallique telle que connue dans l'art antérieur; en figure 2: une vue schématique d'une liaison entre structures métalliques de l'art antérieur;
en figure 3: une vue en coupe de côté d'une liaison et d'un côté de panneau de l'invention;
en figure 4: une vue en perspective coupe de la liaison et du panneau de la figure 3.
En figure 5: une vue en perspective d'un détail de réalisation d'un plancher de l'invention et d'une fixation de ce plancher sur une face d'une voiture ferroviaire;
en figure 6: une vue schématique de face coupe de la fabrication d'un plancher selon l'invention;
en figure 7: une vue en perspective d'un panneau selon l'invention en cours de réalisation.
Description détaillée de modes de réalisation de l'invention
L'invention telle que décrite en figure 3 comporte un panneau composite 1 réalisé en matériau sandwich comportant une première peau 10, une seconde peau 1 1 et une âme 12.
Pour terminer le bord latéral du panneau, ce dernier comporte une bordure 14 longeant l'âme pourvue d'un renfort 13 tubulaire sous lequel se termine la première peau 10 tandis que la seconde peau 1 1 se prolonge selon un bord libre 1 1 a en porte à faux au delà du renfort tubulaire 13.
L'application envisagée est notamment la réalisation d'un plancher intermédiaire qui se fixe sur les faces extérieure d'un véhicule ferroviaire en replacement du plancher P métallique de la figure 1 .
Pour fixer le plancher aux deux faces de la voiture ferroviaire, les deux côtés opposés latéraux du panneau comportent une bordure 14 pourvue dudit renfort 13 et il est aussi possible de munir les bords avant et arrière du panneau d'une telle bordure. Dans l'application concerné, le renfort tubulaire 13 est préférablement un profilé carbone léger et résistant mais peut éventuellement être une tube métallique aluminium par exemple.
L'avantage d'un profilé carbone est qu'il peut être intégré avec les peaux et l'âme dans le moule du fabrication du panneau du fait qu'il ne présente pas de dilatation différentielle en température avec les peaux et le nid d'abeille contrairement à un profilé aluminium qui lui devra être rapporté au niveau des bordures après moulage du panneau.
Dans le cas où le profilé est un tube carbone, il peut notamment être constitué de plis carbones haute résistance appelé carbone HR, c'est-à-dire dont le module de traction de la fibre se situe entre 220 et 260GPa avec un drapage comportant des plis à 90° et des plis à +45° et -45°, l'orientation à 0° étant donné par l'axe longitudinal du profilé dans un rapport de 50±10% en volume de plis orientés à 90°, 25±5% en volume de plis orientés à +45°. Et 25±5% en volume de plis orientés à -45°.
L'épaisseur du profilé peut notamment être de 3 mm +/-0.5pour résister aux charges rencontrées pour le plancher.
Les peaux du panneau composite sont réalisés avec des plis de préimprégnés carbone haute résistance multiaxiaux.
L'empilage des couches du plancher est représenté notamment en figure 4.
Dans le cadre de l'exemple considéré d'un plancher intermédiaire d'une voiture de type train à grande vitesse, chacune des deux peaux 10, 1 1 est constituée de plis carbones haute résistance avec un drapage comportant des plis à 0°, +45°, -45° et 90°, l'orientation à 0° étant donné par l'axe longitudinal de la caisse.
Les plis sont drapés dans un rapport de 30%, 15%, 15%, 40% en volume respectivement (tolérance de +/-5%). L'épaisseur totale de composite carbone sur chaque peau est de 3,9mm +/-10%mm. Pour des applications plus ou moins exigeantes des épaisseurs et rapport d'orientations de plis peuvent être modifiées en fonction des calculs de structure.
Les peaux peuvent être drapées avec des plis de pré-imprégnés carbone haute résistance unidirectionnels empilés. On peut aussi utiliser des plis, de pré-imprégnés carbone haute résistance multiaxiaux +45°/0°/-45° +/- 5°. et des unidirectionnels à 90° L'avantage étant de minimiser le temps de drapage et donc le cout de réalisation de la pièce.
Selon un mode de réalisation particulier, l'âme du panneau composite 12 comporte un nid d'abeille aluminium d' épaisseur : 50mm+/- 1 mm.
Pour des applications plus ou moins exigeantes l'épaisseurs de l'âme peut être modifiée en fonction des calculs de structure.
Pour assurer une protection contre la corrosion galvanique, un tissu de verre pré-imprégné 101 , 102 par exemple tissu équilibré 0/90° est disposés entre l'âme et chaque peau carbone.
De même le pli de verre 102 entre l'âme 12 et la seconde peau 1 1 se prolonge jusqu'à l'extrémité du bord libre en porte à faux la seconde peau 1 1 afin d'assurer une protection contre la corrosion galvanique entre le panneau et une face métallique 32 représente en figure 5 d'un élément de fixation du panneau.
De retour à la figure 4, une bande de tissu de verre 103 est disposée sur la première peau 10 sur sa face opposée au renfort 13 afin d'assurer la protection contre la corrosion galvanique avec une face métallique 31 d'un élément de fixation complémentaire du panneau représenté en figure 5.
Pour les peaux il est possible d'utiliser un pli multiaxial composé de plus carbone sec de grammage 125g/250g/125g/m2 +/- 20g/m2 pour les plis à +45°/0°/-45° +/- 5° et des plis unidirectionnels 0° et 90° de grammage sec 500g/m2 +/- 20g/m2. En tout état de cause, les proportions et grammages des peaux sont adaptés à l'application pour assurer la tenue du plancher aux efforts auquel il est soumis et à la charge des passagers de la voiture. Les directions 0° et 90° sont repérées notamment en figure 5 pour donner une idée de l'orientation des fibres, la direction 0° étant dans le sens de la longueur de la voiture et la direction 90° dans le sens de la largeur.
Le pré-imprégné carbone haute résistance est par exemple de type T700 de la société Hexcel ou TR50S de la société Mitsubishi.
Toujours dans l'application à un plancher intermédiaire de voiture ferroviaire à deux étages on choisit pour l'âme 12 du panneau composite un nid d'abeille aluminium qui renforce le panneau. L'âme du sandwich est par exemple constituée d'un nid d'abeille aluminium de densité 76kg/m3 avec un diamètre de cellules 5,2mm pour limiter le marquage du nid d'abeille sur les peaux. L'épaisseur du nid d'abeille est par exemple 50mm+/- 1 mm.
Entre l'âme nid d'abeille aluminium et les peaux carbone, au moins une couche de tissu de verre pré-imprégné par exemple tissu équilibré avec des fibres à 0 et 90° est disposée entre l'âme et chaque peau.
Le tissu de verre peut être un pré-imprégné de 100g/m2 sec non structural. Il permet de réaliser une protection contre la corrosion galvanique entre l'âme et les peaux.
Les peaux sont collées sur le renfort et sur l'âme par exemple au moyen d'un film d'adhésif supporté, c'est à dire un film à l'intérieur duquel se trouve une trame textile de support. Le film peut être un film d'une masse surfacique de l'ordre de 300g/m2. Un tel film est par exemple connu sous la référence ST1035 de la société Structil.
Les films adhésifs 1 10, 1 1 1 recouvrent les faces supérieure et inférieure de l'âme et le film 1 12 est disposé entre la terminaison latérale de l'âme et le renfort 13.
Selon la figure 4 et pour assurer une isolation galvanique entre le nid d'abeille aluminium et les peaux carbone, un tissu de verre, par exemple orienté 0/90° et par exemple de 100g/m2 sec non structural est ajouté afin d'assurer les fonctions suivantes :
- Protection vis-à-vis de la corrosion galvanique dans les zones en contact avec des structures métalliques;
- Protection des plis carbone vis-à-vis du délaminage lors des perçages des points de fixation du panneau.
Pour ce faire, des tissus de verre pré-imprégné 101 et 102 sont disposés de chaque côté de l'âme entre l'âme et les peaux.
Les tissus de verre 102 entre l'âme et la seconde peau se prolonge sur le renfort 13 jusqu'à l'extrémité du bord libre 1 1 a en porte à faux la seconde peau 1 1 afin d'assurer la protection contre la corrosion galvanique avec une face métallique 32 d'un élément 3 de fixation du panneau sur lequel est fixé le bord libre 1 1 a. En outre, une bande de pli de verre 103 est disposé sur la face opposée au renfort 13 de la première peau 10 afin d'assurer la protection contre la corrosion galvanique avec une face 31 d'un élément de fixation 3 du panneau sur lequel est fixée la première peau 10 au droit du renfort 13.
Un intérêt d'utiliser des plis carbone et un nid d'abeille métallique est d'optimiser la performance mécanique globale et donc le gain de masse par rapport à la référence métallique.
Dans la solution de la présente invention, le plancher composite réalisé en matériau sandwich repose sur ses côtés latéraux en regard des faces de la voiture sur des équerres 3 en matériau métallique comme représenté en figure 5 pour un côté du plancher.
La bordure 14 renforcée à l'aide du profilé renfort 13 évite de réaliser un retour à la peau et permet donc d'avoir une zone de liaison de faible largeur, de diminuer le porte à faux et donc la masse de l'équerre. Cette architecture de terminaison du panneau permet également de simplifier le drapage de ce dernier et donc d'en réduire le cout de fabrication.
L'équerre 3 en matériau métallique comporte deux niveaux de fixation étagés et décalés. Un premier niveau 31 reçoit la terminaison de la première peau 10 au niveau du renfort 13. Le premier niveau 31 de l'équerre, la terminaison de la première peau 10 et le renfort 13 sont fixés ensemble par une première ligne de points de fixation mécanique 41 .
Un second niveau 32 reçoit ledit bord libre 1 1 a terminant la seconde peau 1 1 . Le bord libre 1 1 a de la seconde peau 1 1 et le second niveau 32 de l'équerre sont fixés ensemble par une seconde ligne de points de fixation mécanique 42.
L'équerre comporte une semelle verticale 33 de fixation de l'équerre sur la paroi porteuse 2 support du panneau et comporte une ligne de fixation haute 34 et une ligne de fixation basse 35 pourvues de perçages discontinus.
Pour l'assemblage des faces et du plancher, l'équerre est pré-fixée à la face extérieure composite puis le plancher est posé sur l'équerre et fixé sur l'équerre par rivetage ou par des boulons aveugles.
L'équerre peut faire toute la longueur du plancher ou être réalisée en plusieurs segments tout comme le plancher. Les parois peuvent elles mêmes être des panneaux composites comme représenté en figure 4 et comporter une peau interne 22, une peau externe 24 et une âme 23 et comporter des renforts intégrés 24a, 24b de fixation de l'équerre 3.
Le concept de la liaison est particulièrement bien adapté à la reprise d'une charge verticale orientée vers le bas, les liaisons collées entre le profilé et les peaux travaillant alors en compression.
Au niveau de la fixation du premier niveau 31 de l'équerre et du panneau il est possible d'utiliser des boulons aveugles, par exemple de type EN6128 ou une fixation vis-écrou comportant des vis traversant le panneau sur toute son épaisseur.
Le panneau et la liaison répondent à des objectifs secondaires et notamment assurer la continuité électrique tout le long de la caisse, réduire et standardiser le nombre de liaisons entre les faces et le plancher.
La figure 6 représente une vue schématique du panneau dans un moule de fabrication traditionnel pour les composites. Le panneau 1 pourra être réalisé de la façon suivante :
En premier lieu sera réalisé le drapage des plis de pré-imprégné carbone de la peau 1 1 sur la face supérieure du moule 200.
Ensuite on drape le tissu de verre 101 puis le film de colle supporté 1 10. Une cale outillage 210 est montée contre la face de référence verticale 201 intégrée au moule. Cette cale est revêtue d'un revêtement antiadhésif.
Un premier profilé 13 est positionné le long de la cale 210 sur la bordure droite du panneau. Ce profilé a par exemple une longueur individuelle de 3 à 4m et est recouvert d'un film de colle 1 12 sur les faces verticales des profilés.
Ensuite on intègre des couples ou nervures 300 dans le sens travers du panneau. Ces nervures représentées à la figure 7 permettront d'assurer le positionnement relatif latéral des profilés 13 dans le panneau. Un minimum de 2 nervures par profilé sera à prévoir. Ces nervures pourront être réalisées en contre- plaqué d'épaisseur 15+/-5mm. Ces nervures sont intercalées entre des panneaux d'âme nid d'abeille 12.
De retour à la figure 6, on dispose un second profilé 13 le long de la bordure gauche du panneau puis on drape le film de colle supporté 1 10, le tissu de verre 101 et les plis de pré-imprégné carbone de la peau 10. Enfin on drape les bandes de tissu de verre 103 et on pose une cale 220 sur la partie de peau en porte à faux côté gauche.
Une fois le montage des pièces du panneau terminé on installe une poche à vide sur le moule de manière connue en soi et on procède à la polymérisation en étuve à 120°C +/-20°C.
Le panneau peut être de longueur supérieure en utilisant plusieurs renforts les uns derrière les autres.
L'invention est décrite dans le cadre d'une application pour des voitures de trains à deux étages mais peut être généralisée à d'autres application dans les transports ou autres domaine d'activité.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S
1 - Panneau composite (1 ) réalisé en matériau sandwich comportant une première peau (10), une seconde peau (1 1 ) et une âme (12), caractérisé en ce qu'il comporte au moins une bordure (14) longeant l'âme pourvue d'un renfort (13) tubulaire sous lequel se termine la première peau (10) tandis que la seconde peau (1 1 ) se prolonge selon un bord libre (1 1 a) en porte à faux au delà du renfort tubulaire (13).
2 - Panneau composite selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend au moins sur deux de ses côtés opposés une bordure (14) pourvue dudit renfort (13).
3 - Panneau composite selon la revendication 1 ou 2 pour lequel ledit renfort (13) est un profilé carbone.
4 - Panneau composite selon la revendication 3 pour lequel le profilé est un tube carbone constitué de plis carbones haute résistance Les plis étant avantageusement réalisés avec un drapage comportant des plis à 90° et des plis à +45° et -45°, l'orientation à 0° étant donné par l'axe longitudinal du profilé, dans un rapport de 50±10% en volume de plis orientés à 90°, 25±5% en volume de plis orientés à +45°. Et 25±5% en volume de plis orientés à -45°.
5 - Panneau composite selon l'une quelconque des revendications précédentes pour lequel les peaux sont collées sur le renfort.
6 - Panneau composite selon l'une quelconque des revendications précédentes pour lequel au moins une des peaux du panneau composite comporte des plis de pré-imprégnés carbone haute résistance orientés dans les quatre directions 0°/+45°/-45°/90° +/- 5°, l'orientation à 0° étant donné par l'axe longitudinal de la caisse.
7 - Panneau composite selon la revendication 6 pour lequel les plis sont drapés dans un rapport de 30%, 15%, 15%, 40% en volume respectivement avec une tolérance de +/-5%.
8 - Panneau composite selon la revendication 6 ou 7 pour lequel les peaux sont drapées avec des plis de pré-imprégnés carbone haute résistance unidirectionnels empilés. 9 - Panneau composite selon la revendication 6 ou 7 pour lequel les peaux sont drapées avec des plis, de pré-imprégnés carbone haute résistance multiaxiaux +45°/0°/-45° +/- 5° et des unidirectionnels à 90°.
10 - Panneau composite selon l'une quelconque des revendications précédentes pour lequel l'âme (12) du panneau composite comporte un nid d'abeille aluminium.
1 1 - Panneau composite selon l'une quelconque des revendications précédentes pour lequel au moins une couche de tissu de verre pré-imprégné (101 , 102) est disposée entre l'âme et chaque peau.
12 - Panneau composite selon la revendication 1 1 pour lequel le pli de verre (102) entre l'âme et la seconde peau se prolonge jusqu'à l'extrémité du bord libre (1 1 a) en porte à faux la seconde peau (1 1 ).
13 - Panneau composite selon l'une quelconque des revendications précédentes pour lequel une bande de pli de verre (103) est disposé sur la première peau (10) sur sa face opposée au renfort (13).
14 - Panneau composite selon l'une quelconque des revendications précédentes pour lequel la liaison entre l'âme et les peaux et la liaison entre le renfort et les peaux est assurée par des films adhésifs (1 10, 1 1 1 , 1 12).
15 - Liaison mécanique entre un panneau composite (1 ) selon l'une quelconque des revendications précédentes et une paroi porteuse (2) caractérisée en ce qu'elle comporte une équerre (3) en matériau métallique à deux niveaux de fixation étagés et décalés, un premier niveau (31 ) recevant la terminaison de la première peau (10) sur le renfort (13) et un second niveau (32) recevant ledit bord libre (1 1 a) terminant la seconde peau (1 1 ).
1 6 - Liaison mécanique selon la revendication 15 pour laquelle le premier niveau (31 ) de l'équerre, la terminaison de la première peau (10) et le renfort (13) sont fixés ensemble par une première ligne de points de fixation mécanique (41 ).
17 - Liaison mécanique selon la revendication 15 ou 1 6 pour laquelle le bord libre (1 1 a) de la seconde peau (1 1 ) et le second niveau (32) de l'équerre sont fixés ensemble par une seconde ligne de points de fixation mécanique (42).
18 - Liaison mécanique selon la revendication 15, 1 6 ou 17 pour laquelle l'équerre comporte une semelle verticale (33) de fixation de l'équerre sur la paroi porteuse (2) support du panneau. 19 - Liaison mécanique selon la revendication 18 pour laquelle la semelle comporte une ligne de fixation haute (34) et une ligne de fixation basse (35) pourvues de perçages discontinus.
20 - Structure porteuse telle qu'un plancher solidarisé à des parois (2) comportant un panneau composite (1 ) selon l'une quelconque des revendications
1 à 14 et une liaison mécanique selon l'une quelconque des revendications 15 à 19.
21 - Structure porteuse selon la revendications 20 pour laquelle les parois sont des panneaux composites comportant une peau interne (22), une peau externe (24) et une âme (23) et comportant au moins un renfort (24a, 24b) de fixation de l'équerre (3).
22 - Structure porteuse selon la revendication 20 ou 21 pour laquelle le plancher est un plancher intermédiaire d'une voiture ferroviaire et les parois des faces de ladite voiture.
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