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FR2994888A1 - Assemblage de deux pieces en materiau composite - Google Patents

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FR2994888A1
FR2994888A1 FR1258118A FR1258118A FR2994888A1 FR 2994888 A1 FR2994888 A1 FR 2994888A1 FR 1258118 A FR1258118 A FR 1258118A FR 1258118 A FR1258118 A FR 1258118A FR 2994888 A1 FR2994888 A1 FR 2994888A1
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assembly
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adhesion
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Bernard Molinier
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Airbus Operations SAS
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Abstract

L'objet de l'invention est un assemblage de pièces (22, 26, 26') dont au moins une est en matériau composite, ledit assemblage comprenant : - au moins une fixation (28) comportant d'une part un corps (36) et d'autre part deux butées (38) entre lesquelles sont disposées les pièces (22, 26, 26') maintenues par la fixation (28), - des trous (34) ménagés dans les pièces (22, 26, 26') maintenues par la fixation (28) dans lesquels se loge le corps (36) de la fixation, lesdits trous ayant un diamètre ajusté à celui du corps (36) de la fixation (28) de manière à permettre une transmission des efforts par matage entre les pièces (22, 26, 26') et la fixation (28), caractérisé en ce que les butées (38) de la fixation (28) exercent un effort de compression C permettant d'obtenir une transmission des efforts par adhérence entre les pièces maintenues par la fixation (28).

Description

ASSEMBLAGE DE DEUX PIECES EN MATERIAU COMPOSITE La présente invention se rapporte à un assemblage de deux pièces en matériau composite. Selon un mode de réalisation, une pièce en matériau composite comprend des fibres par exemple en carbone noyées dans une matrice de résine. Les fibres sont organisées sous forme de nappes empilées les unes sur les autres et sont orientées selon des directions privilégiées en fonction des sollicitations subies par la pièce. Les fibres étant noyées dans une matrice de résine, les surfaces de la pièce sont sensiblement lisses et présentent une très faible rugosité. bans le cas de plaques en matériau composite, les fibres sont orientées dans des plans sensiblement parallèles aux faces les plus étendues de la plaque. Selon un mode de réalisation, pour assembler deux plaques 10 et 10' en matériau composite disposées bord à bord, ces dernières sont disposées entre deux éclisses 12, 12', à cheval sur les deux plaques 10 et 10' et des fixations 14 orientées selon une direction perpendiculaire aux plaques sont réparties au niveau des zones de chevauchement des plaques et des éclisses. Les éclisses se présentent sous la forme de plaques métalliques ou en matériau composite. Les fixations 14 comprennent un corps cylindrique 16 avec aux extrémités deux butées 18 (tête, écrou ou autre) ayant un diamètre supérieur à celui du corps 16.
Pour permettre la mise en place des fixations 14, les plaques et les éclisses comprennent des trous 20 de forme cylindrique, pour chaque fixation, les trous de la plaque et des éclisses étant mis bout à bout et ayant le même diamètre.
Selon un mode opératoire, les trois pièces, à savoir la plaque et les deux éclisses, sont percées lors d'une même opération de perçage avec le même outil. Pour assurer la transmission des efforts d'une plaque à l'autre, notamment lors d'efforts de traction F exercés sur les deux pièces, lesdits efforts étant orientés en sens opposés selon des directions parallèles aux plaques, le corps 16 des fixations 14 a un diamètre ajusté à celui des trous 20, le diamètre du corps 16 étant légèrement inférieur à celui des trous 20. Les butées des fixations n'exercent pas un effort de compression sur les plaques et les éclisses, et assurent simplement leurs maintiens. Par conséquent, les butées ont un diamètre inférieur à 2 fois celui du corps, de manière à réduire la masse embarquée qui est une contrainte importante dans le domaine aéronautique. Selon l'art antérieur, les fixations 14 sont soumises à des contraintes de cisaillement et les plaques 10, 10', à des contraintes de matage réparties au 15 moins sur une partie de la hauteur des trous et généralement sur toute la hauteur. Ce type d'assemblage a pour inconvénient de conduire à une surcharge locale des fibres et de la résine au niveau des trous, en raison du matage, ce qui impose d'augmenter l'épaisseur des plaques pour assurer une meilleure répartition des 20 efforts sur la surface des trous en contact avec les fixations. La présente invention vise à remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un assemblage entre deux pièces en matériau composite, permettant d'optimiser la transmission des efforts d'une plaque à l'autre. A cet effet, l'invention a pour objet un assemblage de pièces dont au moins une 25 est en matériau composite, ledit assemblage comprenant : - au moins une fixation comportant d'une part un corps et d'autre part deux butées entre lesquelles sont disposées les pièces maintenues par la fixation, des trous ménagés dans les pièces maintenues par la fixation dans lesquels se loge le corps de la fixation, lesdits trous ayant un diamètre ajusté à celui du corps de la fixation de manière à permettre une transmission des efforts par matage entre les pièces et la fixation, caractérisé en ce que les butées de la fixation exercent un effort de compression C permettant d'obtenir une transmission des efforts par adhérence entre les pièces maintenues par la fixation. Grâce à ce type d'assemblage, la transmission des efforts entre les pièces assemblées est assurée par les efforts de matage et par les efforts 10 d'adhérence. A efforts transmis entre les pièces assemblées égaux, l'invention permet de réduire ceux transmis par matage, ce qui permet de limiter les surcharges locales au niveau des fibres et de la résine. De ce fait à contraintes égales, l'épaisseur des pièces assemblées au niveau de la zone d'assemblage peut être 15 réduite. A contraintes de matage égales, l'assemblage selon l'invention permet d'augmenter les efforts transmis entre les deux pièces assemblées. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard 20 des dessins annexés sur lesquels : - La figure 1 est une coupe d'un assemblage de deux pièces en matériau composite selon l'art antérieur, - La figure 2 est une coupe d'un assemblage de deux pièces en matériau composite selon une variante de l'invention, 25 - La figure 3 est un détail de la figure 2 illustrant la transmission des efforts entre une fixation et une pièce, et - La figure 4 est une coupe d'un assemblage de deux pièces en matériau composite selon une autre variante de l'invention.
Sur la figure 2, on a représenté deux pièces 22 et 22' en matériau composite. Ces deux pièces 22 et 22' comprennent des bords adjacents 24 et 24' et sont assemblées grâce à au moins une pièce intermédiaire 26, appelée par la suite éclisse, disposée à cheval sur les deux pièces à assembler et des fixations 28 disposées au niveau des zones de chevauchement de l'éclisse 26 et des pièces assemblées 22 et 22'. Selon un mode de réalisation privilégié, les pièces assemblées 22 et 22' comprennent chacune une surface de contact 30, 30' sensiblement plane, contre laquelle peut prendre appui l'éclisse 26 qui se présente sous la forme d'une plaque et peut être métallique ou en matériau composite. Avantageusement, comme illustré sur la figure 2, l'assemblage comprend deux éclisses 26 et 26' entre lesquelles sont disposées les pièces assemblées 22 et 22'. Les pièces assemblées comprennent au niveau des zones de contact avec la ou les éclisses 26 (et 26') deux surfaces de contact 30 (et 30') et 32 (et 32') sensiblement planes, parallèles entre elles. Avantageusement, les surfaces de contact 30 et 30' (respectivement 32 et 32') des pièces assemblées 22 et 22' sont coplanaires. Pour la suite, on entend par plan de référence un plan parallèle aux plans des surfaces de contact 30 et 30'.
Selon une autre variante simplifiée, illustrée sur la figure 4, les pièces 22, 22' sont assemblées sans éclisse. Les deux pièces 22, 22' comprennent des surfaces de contact 30, 30' plaquées l'une contre l'autre et au moins l'une des pièces est en matériau composite. Selon un mode de réalisation, les pièces assemblées 22 et 22' comprennent des 25 fibres organisées sous forme de nappes et sont orientées selon une ou des directions parallèles au plan de référence. Pour permettre le passage des fixations, les pièces 22 et 22' et la ou les éclisses, si elles sont présentes, comprennent des trous 34, pour chaque fixation, disposés dans le prolongement les uns des autres. Selon un mode de réalisation, pour une même fixation, ces trous sont cylindriques et coaxiaux et ont des axes approximativement perpendiculaires au plan de référence. En parallèle, chaque fixation 28 comprend un corps 36, de préférence cylindrique 5 avec un axe approximativement perpendiculaire au plan de référence et coaxial à l'axe du trou 34 correspondant, et des butées 38 dont la section est supérieure à celle du corps 36. Selon un mode de réalisation, la fixation 28 se présente sous la forme d'un boulon, la tête de la vis formant une première butée et l'écrou une seconde 10 butée. Selon un point important, pour une fixation 28 donnée, le trou 34 dans lequel elle est logée a un diamètre ajusté à celui de la fixation de manière à permettre une transmission des efforts par matage entre la pièce et la fixation. Par ajusté, on entend que le diamètre du trou 34 est légèrement inférieur ou supérieur, de 15 l'ordre de quelques centièmes ou dixièmes de millimètres, à celui des trous 20. Ainsi, comme illustré sur la figure 3, lorsqu'un effort de traction F est appliqué, tendant à écarter les deux pièces 22, 22' assemblées, au niveau d'une fixation 28, les éclisses 26 exercent chacune sur la fixation 28 un effort F/2 dans une première direction alors que la pièce 22 exerce sur la fixation un effort F. bans 20 le cas d'un assemblage sans éclisse, au niveau d'une fixation, les deux pièces 22 et 22' exercent chacune un effort F. La fixation 28 est soumise à des contraintes de cisaillement. En parallèle, dans la zone de contact entre la fixation 28 et la pièce 22, cette dernière est soumise à des contraintes de matage schématisées et référencées 40 sur la figure 3. be la 25 même manière, dans la zone de contact entre la fixation 28 et chaque éclisse 26, cette dernière est soumise à des contraintes de matage schématisées et référencées 42 sur la figure 3.
Selon une caractéristique de l'invention, pour au moins une fixation assurant la transmission des efforts par matage, les butées 38 de ladite fixation exercent un effort de compression C permettant d'obtenir une transmission des efforts par adhérence entre les pièces maintenues par la fixation à savoir soit entre les pièces 22 et 22' ou soit entre la pièce 22 et la ou les éclisses 26 en fonction du type d'assemblage. Les zones de transmission des efforts par adhérence sont schématisées et référencées 44 sur la figure 3. Selon l'invention, la transmission des efforts entre les pièces assemblées 22 et 22' est assurée non seulement par les efforts de matage mais également par les efforts d'adhérence. be ce fait, à efforts transmis entre les pièces assemblées égaux, l'invention permet de réduire ceux transmis par matage ce qui permet de limiter les surcharges locales au niveau des fibres et de la résine. be ce fait à contraintes égales, l'épaisseur des pièces assemblées au niveau de la zone d'assemblage peut être réduite. be manière alternative, à contraintes de matage égales, l'assemblage selon l'invention permet d'augmenter les efforts transmis entre les deux pièces assemblées. Avantageusement, l'assemblage comprend des moyens pour augmenter l'adhérence entre les pièces ou entre les pièces et les éclisses. Ainsi, il est possible de réduire l'effort de compression C à efforts transmis égaux. be préférence, au moins les zones des surfaces assurant la transmission des efforts par adhérence ont une rugosité élevée qui sera définie par des essais. Selon un mode réalisation, toute la surface de contact 30 a une rugosité élevée. En variante, seul le pourtour des trous 34 a une rugosité élevée. La rugosité élevée d'une pièce métallique peut être obtenue par moletage ou 25 galetage. bans le cas d'une pièce en matériau composite, dans la zone de la surface de contact 30, 30', 32 et 32', au moins le dernier pli de la pièce délimitant la surface de contact se présente sous la forme d'un tissu de fibres. En parallèle, la quantité de résine en surface est réduite, bans ce cas, la résine permet d'assurer la cohésion des différents plis mais ne remplit pas complètement les interstices entre les fibres des tissus prévus en surface de manière à former des aspérités.
En variante, la rugosité obtenue par la préparation de la surface (moletage ou galetage) dans le cas d'une pièce métallique ou par les tissus dans le cas d'une pièce en matériau composite peut être remplacée par un colle démontable ou par de la pâte agripante ou par un mastic de type PR spécial. Ainsi, une couche intercalaire peut être prévue entre les deux pièces pour renforcer l'adhérence.
Avantageusement, pour une fixation donnée, la surface au niveau de laquelle la fixation exerce un effort de compression est élargie et a une section supérieure à 3 fois celle du corps de la fixation. be préférence, pour une fixation donnée, la zone de la surface de contact assurant la transmission des efforts par adhérence a une section supérieure ou égale à celle de la surface au niveau de laquelle la fixation exerce un effort. Cette configuration permet de répartir les efforts de compression et d'augmenter la transmission des efforts par adhérence. Selon une première variante, illustrée sur la figure 4, au moins l'une des butées 38 de la fixation a une section 3 fois supérieure à celle du corps de la fixation.
Selon une autre variante illustrée sur les figures 2 et 3, au niveau d'au moins une butée 38, une rondelle 46 est intercalée entre la butée 38 et la pièce 22 ou l'éclisse 26, 26'. Cette rondelle a un diamètre intérieur permettant le passage du corps de la fixation et un diamètre extérieur supérieur à 3 fois le diamètre du corps de la fixation.
La rondelle 46 peut être métallique. be préférence, une rondelle 46 est prévue au niveau de chaque butée 38 de la fixation.
Comme illustré sur la figure 3, la rondelle 46 a de préférence un diamètre intérieur permettant de loger un joint annulaire 48 entre le corps de la fixation et la rondelle 46. Cette configuration permet d'améliorer l'étanchéité de l'assemblage. Avantageusement, un enrobage recouvre l'ensemble des éléments de manière à renforcer l'étanchéité. L'assemblage de l'invention est plus particulièrement destiné au domaine aéronautique et plus précisément à toutes les jonctions permettant l'usage de fixations avec des têtes protubérantes, comme par exemple la jonction entre la voilure et le fuselage sous le carénage.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à des fixations avec des têtes protubérantes. Ainsi, des fixations à têtes fraisées spéciales peuvent convenir. be même, l'invention peut convenir lorsque l'assemblage est soumis à des efforts de traction F comme illustré sur les figures mais également lorsque l'assemblage est soumis à des efforts de compression.15

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS1. Assemblage de pièces (22, 22', 26, 26') dont au moins une est en matériau composite, ledit assemblage comprenant : - au moins une fixation (28) comportant d'une part un corps (36) et d'autre part deux butées (38) entre lesquelles sont disposées les pièces (22, 22', 26, 26') maintenues par la fixation (28), - des trous (34) ménagés dans les pièces (22, 22', 26, 26') maintenues par la fixation (28) dans lesquels se loge le corps (36) de la fixation, lesdits trous ayant un diamètre ajusté à celui du corps (36) de la fixation (28) de manière à permettre une transmission des efforts par matage entre les pièces (22, 22', 26, 26') et la fixation (28), caractérisé en ce que les butées (38) de la fixation (28) exercent un effort de compression C permettant d'obtenir une transmission des efforts par adhérence entre les pièces maintenues par la fixation (28).
  2. 2. Assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend 15 des moyens pour augmenter l'adhérence entre les pièces maintenues par la fixation (28).
  3. 3. Assemblage selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend une couche intercalaire entre les pièces maintenues par la fixation (28) pour renforcer l'adhérence. 20
  4. 4. Assemblage selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins des zones des surfaces assurant la transmission des efforts par adhérence ont une rugosité élevée.
  5. 5. Assemblage selon la revendication 4, caractérisé en ce que la pièce en matériau composite comprend au moins au niveau des zones des surfaces 25 assurant la transmission des efforts par adhérence, au moins un dernier pli sous la forme d'un tissu de fibres, la quantité de résine en surface étant réduite.
  6. 6. Assemblage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface, au niveau de laquelle la fixation (28) exerce un effort de compression, est élargie et a une section supérieure à 3 fois celle du corps de la fixation (28).
  7. 7. Assemblage selon la revendication 6, caractérisé en ce que la zone de la surface de la pièce assurant la transmission des efforts par adhérence a une section supérieure ou égale à celle de la surface au niveau de laquelle la fixation exerce un effort de compression.
  8. 8. Assemblage selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comprend, au niveau d'au moins une butée (38) de la fixation (28), une rondelle (46) avec un diamètre extérieur supérieur à 3 fois le diamètre du corps de la fixation (28).
  9. 9. Assemblage selon la revendication 8, caractérisé en ce que la rondelle (46) a un diamètre intérieur permettant de loger un joint annulaire (48) entre le corps de la fixation et la rondelle (46).
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