VALEMBOIS, Guy (Le Clos - Bâtiment 5, 27 Chemin des Maraîchers, Toulouse, F-31400, FR)
| REVENDICATIONS 1) Procédé de fabrication d'une pièce composite (1) destinée à être soumise, au travers d'au moins un point d'attache, à des efforts en traction et/ou en compression, et constituée de fibres de renfort orientées dans la direction desdits efforts ou dans des directions proches , et noyées dans une matrice , caractérisé en ce qu ' il consiste à réaliser les opérations suivantes : enrouler des fibres sur un noyau (N) en sorte de constituer une partie (13) de la paroi (11) de ladite pièce (1) , et créer à l'emplacement destiné à constituer le lieu d'application des efforts en traction et/ou en compression, une zone bombée extérieurement convexe, à laquelle la direction desdits effort est radiale, mettre en place sur ladite zone bombée convexe , un insert (2; 15) qui comprend ledit point d'attache ou un moyen (23; 16; 17) de solidarisation dudit point d'attache, - continuer d'enrouler des fibres en sorte de constituer le reste (14) de ladite paroi (11) , tout en recouvrant une partie dudit insert (2; 15) et tout en laissant accessible ledit point d'attache ou ledit moyen (23; 16; 17) de solidarisation dudit point d'attache. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 1' insert (2) utilisé comporte une partie (20) présentant une face concave (21) destinée à être accolée à la zone bombée, et une face convexe (22) destinée à être recouverte lors de la constitution du reste (14) de la paroi (11) . 3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les courbures des faces concave (21) et convexe (22) de l' insert (2), sont de rayon constant, en sorte que les plans d'appui sont, selon la géométrie de la pièce (1) à réaliser, de forme hémicylindrique ou hémisphérique , ou en partie cylindrique ou en partie sphérique . 4) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l' insert (2) est réalisé dans un matériau composite , éventuellement identique à celui dont est faite la paroi (11) de la pièce (1) . 5) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que 1 ' insert (2) et la paroi (11) de la pièce (1) étant réalisés à base d'une matrice thermoplastique, on réalise au final une fusion dudit insert (2) et de ladite paroi (11) . 6) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la mise en place de l' insert est remplacée par la création in situ d'un insert (15) , par bobinage en excès de fibres . 7) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le bobinage en excès (15) est principalement réalisé dans des directions différentes de celles d'enroulement des fibres pour constituer la paroi . 8) Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le bobinage en excès (15) est réalisé par enroulement coaxial à 1 ' axe (XX ' ) selon lequel sont exercés les efforts en traction et/ou en compression . 9) Pièce composite (1) destinée à être soumise, au travers d ' au moins un point d ' attache , à des efforts en traction et/ou en compression, et constituée de fibres de renfort orientées dans la direction desdits efforts ou dans des directions proches, et noyées dans une matrice, caractérisée en ce qu'elle est obtenue par le procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes . 10) Bielle en matériau composite (1) , comportant deux points d'attache reliés par un corps en matériau composite, caractérisée en ce qu'elle obtenue par le procédé selon Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. |
La présente invention a trait au domaine des pièces réalisées en matériaux composites, et plus particulièrement des pièces destinées à être assemblées à d'autres, et susceptibles d'être soumises à des efforts en traction et/ou en compression.
La présente invention a ainsi pour objet un procédé de réalisation d'une telle pièce réalisée en matériau composite destinée à être soumise, au travers d'au moins un point d'attache, à des efforts en traction et/ou en compression, ainsi que la pièce obtenue .
La présente invention trouve une application particulière dans le domaine de la fabrication des bielles , et a ainsi également pour objet une bielle réalisée selon le procédé selon l'invention.
On sait que le point faible des matériaux composites est la matrice, thermoplastique ou thermodurcissable , dans laquelle sont noyées les fibres de renfort, et qui consiste généralement en une résine, car elle a une résistance spécifique très inférieure à celle des fibres . Le mode de ruine d' une pièce en composite est généralement une rupture de la résine liant les fibres .
Une bonne conception d' une pièce composite prend en compte ce phénomène et privilégie une transmission des efforts par la mise en traction ou en compression pure des fibres ce qui a pour effet de ne pas solliciter la résine. Ainsi, le matériau composite est constitué de couches de fibres orientées dans la direction desdits efforts ou dans des directions proches .
S'il cela est aisément réalisable au niveau de l'essentiel de la pièce lorsque les formes sont simples et la direction des efforts maîtrisée , cela est délicat au niveau des zones de jonction avec une ou plusieurs autres pièces, notamment les zones ou s'exerce la traction ou la compression.
De manière générale une telle zone de jonction comporte un insert muni d'un moyen de raccordement permettant de réaliser la liaison et la transmission des efforts dans la pièce, mais la mise en place de tels inserts est particulièrement délicate , notamment lorsque les efforts changent de sens lors de l'utilisation de ladite pièce composite.
Le principal inconvénient est donc localisé au niveau de la jonction du corps de la pièce composite avec l' insert, et concerne la transmission de l'effort de l'un à l'autre.
Pour pallier cet inconvénient il a été proposé , notamment dans le document FR 2 125 289, un organe de transmission de forces, de type bielle, réalisé en une matière synthétique renforcée de fibres. Cet organe comprend un corps central tubulaire renfermant des fibres orientées selon le sens dans lequel s'exercent les forces, et dont les extrémités sont rétrécies en forme de tronc de cône pour permettre la solidarisation à chacune d'un moyen de raccordement, laquelle est constituée de deux parties, l'une interne et l'autre externe, en sorte de pouvoir enserrer la partie rétrécie de l'extrémité du corps central tubulaire.
Cependant, cet organe de transmission de forces ne remédie que partiellement aux problèmes de jonction du corps de la pièce composite avec l' insert, et il demeure des problèmes de résistance et de tenue dans le temps .
La présente invention a pour but de proposer un procédé de réalisation d'une pièce en matériau composite destinée à être soumise, au travers d'au moins un point d'attache, à des efforts en traction et/ou en compression, qui permet de remédier aux divers inconvénients précités.
Le procédé de fabrication d'une pièce composite destinée à être soumise, au travers d'au moins un point d'attache, à des efforts en traction et/ou en compression, et constituée de fibres de renfort orientées dans la direction desdits efforts ou dans des directions proches, et noyées dans une matrice, se caractérise en ce que ce qu ' il consiste à réaliser les opérations suivantes :
- enrouler des fibres sur un noyau en sorte de constituer une partie de la paroi de ladite pièce , et créer à l ' emplacement destiné à constituer le lieu d'application des efforts en traction et/ou en compression, une zone bombée extérieurement convexe , à laquelle la direction desdits effort est radiale , mettre en place sur ladite zone bombée convexe, un insert , qui comprend ledit point d ' attache ou un moyen de solidarisation dudit point d'attache,
- continuer d'enrouler des fibres en sorte de constituer le reste de ladite paroi, tout en recouvrant une partie dudit insert et tout en laissant accessible ledit point d'attache ou ledit moyen de solidarisation dudit point d'attache. Selon une caractéristique additionnelle du procédé selon l'invention, l ' insert utilisé comporte une partie présentant une face concave destinée à être accolée à la zone bombée, et une face convexe destinée à être recouverte lors de la constitution du reste de la paroi . On notera que de manière préférentielle, mais non limitative, les courbures des faces concave et convexe de 1' insert, sont de rayon constant, en sorte que les plans d'appui sont, selon la géométrie de la pièce à réaliser, de forme hémicylindrique ou hémisphérique , ou en partie cylindrique ou en partie sphérique .
De manière avantageuse , l ' insert peut être réalisé dans un matériau composite, éventuellement identique à celui dont est faite la paroi de la pièce .
Selon une caractéristique additionnelle du procédé selon l'invention, l ' insert et la paroi de la pièce étant réalisés à base d'une matrice thermoplastique, on réalise au final une fusion dudit insert (2) et de ladite paroi.
Selon une variante du procédé, la mise en place de 1' insert est remplacée par la création in situ d'un insert, par bobinage en excès de fibres .
Selon une caractéristique additionnelle du procédé selon l'invention, le bobinage en excès est principalement réalisé dans des directions différentes de celles d'enroulement des fibres pour constituer la paroi . Selon une caractéristique additionnelle du procédé selon l'invention, le bobinage en excès est réalisé par enroulement coaxial à l ' axe selon lequel sont exercés les efforts en traction et/ou en compression .
L'utilisation des matériaux composites permet de réaliser des bielles résistantes et légères . Un tube composite peut avantageusement présenter une résistance en traction, en compression et au flambage pour le peu qu'il soit composé principalement de fibres à hautes caractéristiques mécaniques et dont l'orientation est proche de la direction axiale. Un tel positionnement des fibres peut se faire sur un mandrin par enroulement filamentaire de la fibre composite.
Cependant la faiblesse d'une telle bielle réside dans l'assemblage du tube ainsi constitué avec les moyens de raccordement disposés aux extrémités de la bielle. La liaison entre le tube et ces pièces d'extrémité fait apparaître des modes de sollicitation mal supportés par le matériau composite, particulièrement s'il est formé de fibres unidirectionnelles.
La présente invention remédie à cet inconvénient, et permet de concevoir des bielles en matériaux composites, qu'elle soit tubulaire ou non, et qui comporte deux points d'attache reliés par un corps en matériau composite .
Les avantages et les caractéristiques du procédé selon l'invention, ressortiront plus clairement de la description qui suit et qui se rapporte au dessin annexé, lequel en représente plusieurs modes de réalisation non limitatifs . Dans le dessin annexé :
- la figure 1 représente une vue schématique partielle en coupe d'une pièce composite obtenue par le procédé selon 1 ' invention .
- les figures 2a et 2b représentent des vues schématiques partielles en coupe de variantes de la même pièce composite . les figures 3a, 3b et 3c représentent des vues schématiques partielles en coupe illustrant des variantes de mise en œuvre du procédé selon l'invention.
En référence maintenant à la figure 1 , on peut voir l'extrémité 10 d'une pièce 1 en matériau composite, réalisée selon le procédé objet de l'invention. Cette extrémité est destinée à être équipée d'un point d'attache en vue de pouvoir soumettre la pièce 1 à des efforts en traction et/ou en compression. La pièce 1 consiste en l'occurrence, mais non limitativement, en une bielle. La pièce 1 comprend une paroi tubulaire 11 constituée de fibres et de résine, et son extrémité 10 comporte un insert 2, noyé dans l'épaisseur de la paroi 11.
L 'insert 2 comporte d'une part une partie 20 en forme de coupelle comprenant une face interne concave 21, une face externe convexe 22, et d'autre part un fût axial 23 destiné à permettre l'assujettissement de moyens de fixation.
Au niveau de l'extrémité 10 de la pièce 1, la paroi tubulaire 11, est divisée en deux couches, une couche interne 13 et une couche externe 14, entre lesquelles est inséré l ' insert 2.
La couche interne 13 épouse la forme de la face interne concave 21, et les fibres qui la traversent sont parallèles à cette dernière .
De même, la couche externe 14 épouse la forme de la face externe convexe 22, et les fibres qui la traversent sont parallèles à cette dernière .
En traction l ' effort est réalisé entre la couche externe 14 et la face externe convexe 22, tandis et la face interne concave 21. La pièce 1 est obtenue au travers du procédé de fabrication selon l'invention, à savoir que des fibres sont enroulées pour former la paroi tubulaire 11 et l'extrémité 10, en utilisant un noyau par exemple, jusque, dans un premier, à la réalisation de la couche interne 13. Puis l ' insert 2 est mis en place, la face interne concave 21 de sa partie 20 étant accolée à la couche interne 13 qui est de forme bombée au niveau de l'extrémité 10, puis l'enroulement de fibres est poursuivi pour réaliser le reste de la paroi tubulaire 11 et la couche externe 14, en recouvrant la face externe convexe 22 de la partie 20 de 1 ' insert 2, tout en laissant accessible le fût axial 23, afin de pouvoir assujettir un moyen de fixation, non représenté. L ' insert 2 peut être réalisé en métal , ou bien en matériau composite, éventuellement identique à celui dont est faite la paroi tubulaire 11. Dans le cas d'une matrice thermoplastique, il est possible d'obtenir au final une fusion de l ' insert 2 et de la paroi 11.
En référence maintenant aux figures 2a et 2b, on peut voir des variantes de l'invention, dans lesquelles l ' insert est créé lors de la fabrication de la pièce .
Sur ces figures on retrouve la paroi tubulaire 11 et ses couches interne 13 et externe 14, qui présentent chacune une forme bombée, tandis que l ' insert est remplacé par un surplus 15 de matière disposé entre ces couches interne 13 et externe 14.
Le moyen d'assujettissement de moyens de fixation est remplie par un trou taraudé 16, obtenu par la mise en place préalable et temporaire d'une tige filetée, non représentée, et réalisé essentiellement dans le surplus 15 de matière comme représenté sur le figure 2a, ou uniquement dans la couche interne 13 comme représenté sur la figure 2b.
En ce qui concerne le mode de réalisation de la figure 2b, au cours de la réalisation de la couche interne 13, on procède à un enroulement de fibres autour de la tige filetée du noyau, non représenté , en sorte de créer simultanément à la couche interne 13, un fût taraudé 17, autour duquel sera créé le surplus 15 de matière . Le surplus 15 peut consister en un bobinage en excès de fibres, après réalisation de la couche interne 13, par un enroulement dans des directions différentes de celles dans lesquelles sont enroulées les fibres pour constituer la paroi tubulaire 11, coaxialement à l'axe XX' de la pièce 11 par exemple .
Le surplus 15 coopère avec les fibres de la paroi 11, de la même manière que l ' insert 2 , il comporte également une face interne concave 150 et une face externe convexe 151.
En référence aux figures 3a, 3b et 3c, on peut voir des exemples de noyaux susceptibles d'être utilisés pour la fabrication d ' une pièce 1. Sur la figure 3a on utilise un noyau fusible N traversé axialement par une tige filetée T, sur la figure 3b, on utilise un noyau fusible N muni à chacune de ses extrémités d'une tige filetée T', tandis que sur la figure 3c, on utilise un noyau N qui comporte de fabrication, à chacune de ses extrémités, une excroissance T" en forme de tige filetée.
On notera que le noyau N peut être réalisé en cire ou préférentiellement en métal à bas point de fusion, tandis que les tiges filetées T et T ' sont de préférence polies et cirées . Bien entendu, dans les différents procédés évoqués ci- dessus, lorsqu'il est question d'enroulement de fibres il convient de comprendre que celles-ci sont noyées dans une matrice thermoplastique ou thermodurcissable, en étant éventuellement pré-imprégnées . On notera que selon le procédé, il est possible de réaliser une polymérisation entre chaque opération d'enroulement, ou bien une seule polymérisation après la dernière opération d'enroulement, cela étant aussi fonction de la nature de la matrice utilisée .
Next Patent: METHOD FOR THE PREVENTIVE DETECTION, AND THE DIAGNOSIS OF THE ORIGIN, OF CONTACT FAULTS BETWEEN AN E...