Amélioration de la résistance d’impact d’un bord d’attaque d’un avion en alliage d’aluminium par des matériaux composites

Résumé

La résistance à l’impact est aux premiers rangs des défis en aéronautique. L’apparition des matériaux composites offre de nouvelles pistes de réflexion pour bonifier la résistance des structures à l’impact. L’objectif principal de cette recherche est d’étudier le comportement mécanique du bord d’attaque d’une aile d’avion en alliage d’aluminium 2024T351 en vue de l’améliorer. Plus précisément, il s’agit de s’appuyer sur les variations de l’énergie interne, de l’énergie cinétique et de vitesse du projectile suite à l’impact pour proposer une solution de revêtement plus résistante. Pour ce faire, deux études de cas sont réalisées. La première propose de comparer la performance à l’impact de l’aluminium avec des matériaux composites unidirectionnels, précisément le carbone-époxy, le verre époxy et le kevlar-époxy. Dans cette étude, le matériau de référence du bord d’attaque, soit l’aluminium, est remplacé successivement par ces trois matériaux. Une analyse détaillée de la performance à l’impact balistique est réalisée sur chacun des trois, et ce à 4 différentes séquences d’empilages. Il s’avère que le carbone-époxy dispose d’une capacité d’absorption d’énergie interne relativement supérieure aux autres matériaux. Ce dernier témoigne également d’une meilleure performance du point de vue de l’énergie interne du bord d’attaque et la vitesse perdue par le projectile. Toutefois, la performance de cette solution demeure inférieure à l’alliage en aluminium. Finalement, à la lumière de ces résultats, une deuxième étude de cas est proposée. Celle-ci consiste à changer la géométrie du bord d'attaque en matériau composite tout en conservant le même poids que l'aluminium. Malgré cette modification, l’aluminium 2024T351 demeure plus performant à l’impact que les trois matériaux composites étudiés. Le logiciel ABAQUS est utilisé pour des fins de simulation et de calculs. La modélisation du comportement des matériaux composites unidirectionnels est réalisée grâce à un sousprogramme de matériau défini par l'utilisateur (VUMAT). Le critère Hashin est adopté pour la défaillance des fibres. Pour ce qui a trait aux modes de défaillance de la matrice, ceux-ci respectent le critère de Puck.

Date	19 août 2020
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Anh Dung Ngô (Directeur(-trice))