Brevet FR2678546A1 — publié le 19930108

PROCEDE D'INSERTION D'UN BANDEAU METALLIQUE DANS UNE STRUCTURE EN MATERIAUX COMPOSITES. L'invention concerne un procédé d'insertion d'un bandeau ou plaque métallique dans une structure en matériaux composites pour permettre l'assemblage par soudage de cette structure avec une structure métallique, tel que cela peut être réalisé lors de l'assemblage de superstructures en matériaux composites sur une coque de navire métallique. L'emploi des matériaux composites s'est généralisé depuis quelques années pour la réalisation d'éléments de structure utilisés par exemple dans la construction des superstructures de navires Ces éléments de structure se présentent généralement sous la forme de matériaux composites de type sandwich ou de type monolithique Il convient d'assembler ces éléments de structure par des moyens capables d'assurer la tenue mécanique lorsque le navire est soumis à des efforts généraux et locaux. On connait des procédés d'assemblage o les superstructures en matériaux composites sont assemblées par boulonnage sur la coque en acier L'état de la technique s'est naturellement orienté vers ces procédés puisque le soudage direct des matériaux composites sur une structure métallique n'est pas réalisable Cependant la résistance à la fatigue de l'assemblage par boulonnage est souvent limitée dans le cas de structures de grandes dimensions De plus l'assemblage par boulonnage est source de reliefs inacceptables pour la signature équivalente radar dans le cas des applications militaires. L'invention a pour but de supprimer les inconvénients de l'assemblage par boulonnage en proposant un procédé d'insertion d'un bandeau métallique dans une structure en matériaux composites et permettre ainsi l'assemblage par soudage de la structure composite sur une structure métallique. L'invention offre ainsi la possibilité d'utiliser les matériaux composites pour la réalisation des superstructures en bénéficiant des avantages offerts par l'assemblage par soudage des éléments: résistance accrue en statique et fatigue (efforts alternés de la poutre navire), continuité de forme sans aspérité importante, possibilité de préfabrication des éléments composites par un chantier spécialisé et assemblage sur les lieux de construction par un personnel ne disposant que du savoir-faire d'un chantier de coques métalliques. L'invention atteint son but grâce à un procédé d'insertion d'un bandeau métallique dans une structure en matériau composite du type sandwich ou monolithique, comportant une pluralité de couches fibres- résine dont au moins une couche inférieure dite peau inférieure et une couche supérieure dite peau supérieure, caractérisé en ce qu'il consiste à recouvrir avec les peaux inférieure et supérieure un bandeau métallique sur une partie de sa largeur. Selon un mode de réalisation o le procédé est appliqué à une structure en matériau composite du type sandwich comportant une âme collée entre une peau inférieure et une peau supérieure, l'épaisseur de l'âme varie continûment depuis son épaisseur nominale jusqu'à l'épaisseur du bandeau métallique Les faces inférieures de l'âme et du bandeau en contact avec la peau inférieure peuvent alors avantageusement être localement coplanaires au niveau de la jonction âme bandeau. Selon un mode de réalisation o le procédé est appliqué à une structure en matériau composite de type monolithique, l'épaisseur entre la peau inférieure et la peau supérieure peut varier continûment. Le procédé selon l'invention peut avantageusement être appliqué à l'assemblage de superstructures en matériaux composites sur une coque de navire métallique ou à l'assemblage de superstructures métalliques sur une coque en matériaux composites. Le procédé selon l'invention peut également être appliqué à l'assemblage de ponts ou de cloisons. Le bandeau métallique peut être soudé sur un surbeau d'attente de la coque ou directement sur celle-ci. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture suivante de la description détaillée d'un exemple de réalisation non limitatif de l'invention et au vu du dessin annexé sur lequel: La figure 1 représente une vue schématique en coupe transversale d'un navire illustrant une application de l'invention à l'assemblage de superstructures composites sur une coque de navire métallique, la figure 2 est une vue agrandie du détail d'un assemblage de la structure de la figure 1, la figure 3 est une vue en perspective d'un élément de structure en matériau composite de type sandwich réalisé avec le procédé selon l'invention, la figure 4 est une vue en coupe d'un élément de structure réalisé avec le procédé selon l'invention et appliqué à une structure de type monolithique, la figure 5 est un premier exemple d'assemblage de la structure composite sur une structure métallique, la figure 6 est un deuxième exemple d'assemblage de la structure composite sur une structure métallique, la figure 7 est une vue en coupe d'une structure monolithique réalisée avec le procédé selon l'invention et présentant une variation continue de l'épaisseur entre les couches externes du stratifié. Sur la figure 1 on a représenté de façon schématique en coupe transversale un navire pour illustrer l'application de l'invention à l'assemblage de superstructures composites 1 sur une coque métallique 2. Il est important de noter que l'application du procédé selon l'invention à l'assemblage de superstructures composites sur une coque de navire métallique est donnée à titre d'illustration et que l'on peut fort bien concevoir d'autres applications du procédé dans le domaine du génie civil par exemple sans sortir du cadre de l'invention. L'assemblage présenté de façon schématique sur la figure 1 est représenté en détail sur la figure 2 et l'élément de structure en matériau composite de type sandwich réalisé avec le procédé selon l'invention est représenté en perspective sur la figure 3 Sur les figures 2 et 3 on a désigné sous le signe de référence 3 l'âme collée en sandwich entre une pluralités de couches fibres- résine, comportant au moins une couche supérieure dite peau supérieure 5, et une couche inférieure dite peau inférieure 4 Les peaux 4 et 5 peuvent être avantageusement réalisées en fibre de verre ou de carbone imprégnée de résine et assurent la rigidité de la structure composite. On voit sur la figure 2 que l'épaisseur de l'âme 3 diminue progressivement jusqu'à atteindre l'épaisseur du bandeau métallique 6 qui la prolonge Les peaux 4 et 5 recouvrent partiellement le bandeau 6 pour assurer la solidarisation de celui-ci avec la structure composite La portion de bandeau recouverte doit être suffisante pour satisfaire à la tenue mécanique requise pour l'ensemble, et la partie dégagée du bandeau doit par ailleurs se prolonger suffisamment en dehors des peaux 4 et 5 pour ne pas endommager celles-ci par un échauffement excessif lors du soudage en 7 avec la structure métallique 2. Selon un mode de réalisation de l'invention appliqué à une structure en matériau composite du type comportant une âme en balsa ou en mousse de polychhlorure de vinyle collée en sandwich entre une peau inférieure et une peau supérieure, la longueur de la partie du bandeau recouverte par les peaux 4 et 5 est approximativement égale à la longueur de la partie dégagée, et pour donner un ordre de grandeur, dans le cas o l'épaisseur de l'âme vaut 20 mm et celle du bandeau 9 mm, la longueur de la partie dégagée atteint 250 mm. L'épaisseur de l'âme 3 variant continûment, la surface extérieure, dans le cas d'applications militaires, ne présente pas de relief inacceptable pour la signature équivalente radar On a désigné par 8 une poutre composite stratifiée sur la peau supérieure 5 et visant à assurer une raideur supplémentaire à la structure. Pour réaliser un élément de structure tel que présenté sur la figure 3, on commence par réaliser, sur une table, la peau inférieure 4 On positionne une cale démoulante en bout de panneau, sur laquelle on viendra poser le bandeau métallique 6, en recouvrant partiellement le stratifié. On vient alors coller sur'la peau inférieure 4 l'âme 3 en la positionnant dans le prolongement du bandeau, comme montré sur la figure 3 Les faces de l'âme 3 et du bandeau 6 en contact avec la peau inférieure 4 sont alors coplanaires au niveau de la jonction âme bandeau Le collage est suivi d'un pressage par l'intermédiaire d'une poche à vide, ce qui assure une bonne évacuation des bulles d'air prises dans la résine et améliore le collage du bandeau et de l'âme La face supérieure de l'âme est façonnée pour raccorder sans décrochement brutal les faces supérieures de l'âme et du bandeau On procède ensuite à la stratification de la peau supérieure 5 Dans le cas d'un élément de structure du type monolithique tel que présenté sur la figure 4, on insert dans l'espace limité par les peaux 4 et 5 et le bord du bandeau un matériau de remplissage 10 pouvant avantageusement être constitué par de la mousse syntactique micro-billes de verre résine Le matériau de remplissage permet d'avoir une variation progressive de l'épaisseur du composite La structure monolithique peut également présenter une variation continue de l'épaisseur comprise entre les couches externes, comme cela est montré sur la figure 7. L'élément de superstructure peut être assemblé par soudage du bandeau sur une structure métallique, sur un surbeau d'attente tel que montré à la figure 5 ou directement sur la coque comme montré sur la figure 6. REVENDICATIONS 1 Procédé d'insertion d'un bandeau métallique dans une structure en matériau composite du type sandwich ou du type monolithique, comportant une pluralité de couches fibres- résine dont au moins une couche inférieure dite peau inférieure ( 4) et une couche supérieure dite peau supérieure ( 5), caractérisé en ce qu'il consiste à recouvrir avec les peaux inférieure ( 4) et supérieure ( 5) un bandeau métallique ( 6) sur une partie de sa largeur. 2 Procédé selon la revendication 1, appliqué à une structure en matériau composite du type sandwich comportant une âme ( 3) collée entre une peau inférieure ( 4) et une peau supérieure ( 5), caractérisé en ce que l'épaisseur de l'âme varie continûment depuis son épaisseur nominale jusqu'à l'épaisseur du bandeau métallique. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les faces inférieures de l'âme ( 3) et du bandeau ( 6) en contact avec la peau inférieure ( 4) sont localement coplanaires au niveau de la jonction âme bandeau. 4 Procédé selon la revendication 1, appliqué à une structure en matériau composite du type monolithique, caractérisé en ce que l'épaisseur entre la peau inférieure ( 4) et la peau supérieure ( 5) varie continûment. 5 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est appliqué à l'assemblage de superstructures en matériaux composites ( 1) sur une coque de navire métallique ( 2). 6 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le bandeau métallique ( 6) est soudé sur un surbeau d'attente ( 9) de la coque ( 1). 7 Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le bandeau métallique ( 6) est soudé directement sur la coque ( 1). 8 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est appliqué à l'assemblage de superstructures métalliques sur une coque en matériaux composites. 9 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est appliqué à l'assemblage de ponts ou cloisons.