Optimisation structurale par éléments finis d’un gousset en matériaux composites et de sa caractérisation par tests mécaniques

Résumé

L’allègement des pièces structurelles est un axe moteur d’innovation dans le secteur de l’aéronautique. Par ailleurs, beaucoup d'intérêt est actuellement porté sur les plis unidirectionnels de carbone très minces, conférant de meilleures caractéristiques mécaniques générales aux stratifiés. Couplés à l'optimisation composite, ils deviennent alors d'autant plus intéressants : ils permettent beaucoup plus de liberté vis à vis du design d’une pièce (transition plus progressive de plis), et permettent ainsi de réduire la masse de pièces en optimisant leur séquence d’empilement. L'objectif de ce projet est de développer un procédé d'infusion optimal pour les plis unidirectionnels secs minces, de caractériser le matériau obtenu, d'optimiser une pièce couramment utilisée dans le renfort de structures (aéronautiques ou non) : « un gousset d'assemblage en composite », d’infuser cette pièce et enfin de tester et valider l’optimisation. Le projet a été découpé en quatre étapes. Tout d'abord, le procédé d'infusion a été optimisé et développé pour pallier au manque de perméabilité des plis unidirectionnels secs minces. Ensuite, une fois l’infusion de plaques rendue possible, les propriétés du matériau ont été déterminées par tests mécaniques, par comparaison avec la littérature et par calculs. Ceci a permis d'alimenter un modèle par éléments finis, utilisé pour la troisième étape du projet : l'optimisation composite en trois phases à l'aide du logiciel d'Altair® du gousset, répondant à un chargement en traction et en compression. Enfin, la pièce optimisée a été fabriquée et testée selon les deux cas de chargements, afin d’observer la rupture de la pièce en matage et en flambage. Une simulation des tests a aussi été réalisée, afin de procéder à une évaluation de l’optimisation composite du gousset. L’optimisation du gousset en plis unidirectionnels secs minces a permis une réduction de l'ordre de 30% par rapport à un gousset ayant la même épaisseur maximale, mais constante sur toute sa surface. Par ailleurs, les tests mécaniques ont démontré que le gousset optimisé a un comportement mécanique post flambage et en matage meilleur qu'un gousset en aluminium pour les deux tiers de la masse du gousset en aluminium.

Date	24 août 2021
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Simon Joncas (Directeur(-trice)) & Sébastien Gordon (Codirecteur(-trice))