Brevet FR2772052A1 — publié le 19990611

La présente invention concerne une structure tissée pour la réalisation d'une pièce de matière composite, ainsi qu'un procédé et un dispositif pour réaliser une telle structure tissée. De façon connue, pour former une pièce de matière composite, on imprègne la structure tissée d'une résine qui est ensuite polymérisée ou autrement durcie, par exemple par une élévation de température ou un bombarde- ment d'électrons. Plus particulièrement, quoique non exclusivement, de telles pièces de matière composite sont utilisées dans les domaines aéronautique et spatial en vertu de leurs excellentes propriétés de résistance aux contraintes mé- caniques et/ou thermiques. De très nombreuses applica- tions sont envisageables notamment, des protections thermiques de corps rentrant dans l'atmosphère, des tuyères de fusées à poudre, des freins d'avions, des moyeux de rotors d'hélicoptères, des trains d'atterrissage, des emplantures d'ailes, des bords d'attaque, etc... Toutefois, dès que les pièces à réaliser présentent une forme complexe avec une variation de forme et/ou d'épaisseur, comme la plupart des pièces précitées, la réalisation devient compliquée. En effet, il est alors nécessaire de former, au lieu d'une simple structure tis- sée usuelle, des armatures spécifiques appropriées, des- tinées à être noyées dans la résine durcie. De nombreux procédés et appareils ont été imaginés et mis au point pour réaliser de telles armatures spéci- fiques, généralement compliquées, mais la fabrication au- tomatisée de pièces de forme complexe rencontre de gran- des difficultés, qui conduisent à des machines très compliquées et par suite coûteuses, sans pour autant que les pièces obtenues présentent toujours toutes les quali- tés nécessaires d'homogénéité et de résistance. Aussi, est-il souvent nécessaire, lorsque les piè- ces présentent des formes très compliquées et évolutives, de réaliser des découpes ou des usinages ultérieurs de pièces préfabriquées, ce qui augmente bien entendu le coût et diminue la résistance mécanique. De plus, de telles armatures spécifiques ne peuvent pas être réalisées par tissage, puisque de façon connue une structure tissée qui est réalisée usuellement en en- laçant des fils de trame dans des fils de chaine déplacés longitudinalement, présente toujours une forme rectangu- laire. Par conséquent, l'état de la technique connu pré- cité présente un double inconvénient, lorsque les pièces à réaliser présentent des formes complexes: - d'une part, le tissage est souvent exclu et il est né- cessaire de mettre en oeuvre des procédés complexes pour réaliser les armatures appropriées; et - d'autre part, des traitements ultérieurs à la fabrica- tion, tels que des usinages, sont généralement néces- saires. La présente invention concerne une structure tissée et a pour objet de remédier à ces inconvénients. A cet effet, selon l'invention, ladite structure tissée est remarquable en ce qu'elle comporte au moins un bord latéral selon les fils de trame qui présente une direc- tion non perpendiculaire à la direction définie par les fils de chaîne. Ainsi, grâce à l'invention, on obtient une struc- ture tissée qui ne présente pas une forme rectangulaire, le ou lesdits bords latéraux qui ne sont pas perpendicu- laires aux bords adjacents pouvant présenter par exemple des formes courbes ou rectilignes, non forcément parallè- les. Par conséquent, on peut préformer ladite structure tissée en fonction de la pièce à réaliser, ce qui permet de réaliser des pièces complexes ne nécessitant que peu ou pas du tout de traitements ultérieurs. De plus, l'armature de la pièce (qui correspond à ladite structure tissée) est réalisée directement par simple tissage, et non par un procédé complexe et coûteux de fabrication d'armature. Par ailleurs, de façon avantageuse, la structure tissée conforme à l'invention présente une épaisseur va- riable, que l'on peut sélectionner librement. Ainsi, grâce à l'invention, on peut modifier la forme de la structure tissée, non seulement dans un plan, mais égale- ment transversalement à ce plan, ce qui permet de créer une structure tridimensionnelle de forme quelconque. La présente invention concerne également un procédé de tissage pour réaliser la structure tissée précitée. Selon l'invention, ledit procédé est remarquable en ce que l'on déplace au moins certains desdits fils de chaîne à des vitesses respectives différentes. De préférence, on engendre le déplacement à vites- ses différentes desdits fils de chaîne à l'aide d'une came profilée. En outre, pour modifier l'épaisseur de la structure tissée, dans le cas d'une réalisation du type multicouche selon l'invention: - on enlace un nombre variable de fils de trame superpo- sés; et/ou - on enlace des fils de trame présentant des diamètres variables; et/ou - on modifie la longueur du pas de déplacement des fils de chaîne déplacés longitudinalement par pas, l'enlace- ment des fils de trame étant réalisé à chaque pas. La présente invention concerne en outre un disposi- tif pour la mise en oeuvre du procédé précité. Selon l'invention, ledit dispositif du type compor- tant: - des moyens pour déplacer longitudinalement des fils de chaîne; et - des moyens pour enlacer des fils de trame dans lesdits fils de chaîne, est remarquable en ce qu'il comporte de plus des moyens pour engendrer des vitesses de déplacement différentes pour au moins certains desdits fils de chaîne. Dans un mode de réalisation préféré, lesdits moyens pour engendrer des vitesses de déplacement différentes comportent une came profilée, dont le profil est déter- miné en fonction du contour souhaité au moins dudit bord latéral de la structure tissée. Dans ce cas, de préférence, ladite came profilée peut tourner autour d'un axe longitudinal, elle présente une forme sensiblement plane et un profil qui est défini par une longueur transversale variable, perpendiculaire- ment audit axe longitudinal, et elle est agencée de sorte que ledit axe longitudinal est sensiblement orthogonal à ladite direction définie par les fils de chaîne. De plus, de façon avantageuse, ledit profil est dé- fini de sorte que sa longueur transversale hi, en un point Pi selon ledit axe longitudinal, vérifie la rela- tion suivante: Li = Zn(Pj) + Fl(hi,02) - F2(hi,O1), dans laquelle: - Li est la longueur souhaitée du fil de chaîne de la structure tissée, qui est situé audit point Pi selon ledit axe longitudinal; - n est le nombre de fils de trame de la structure tis- sée; - les n Pj sont les pas de déplacement des fils de chaîne déplacés par pas; et - F1 et F2 sont des distances fonctions de ladite lon- gueur transversale hi et respectivement d'angles extrê- mes 01 et 02 de rotation de la came, lors du déplacement des fils de chaîne. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments sembla- bles. La figure 1 est une vue schématique de dessus d'un dispositif conforme à l'invention. La figure 2 est une vue schématique de côté d'un dispositif conforme à l'invention. La figure 3 montre, en perspective, une partie d'un dispositif conforme à l'invention. La figure 4 montre schématiquement une partie d'une structure tissée conforme à l'invention. La figure 5 est une représentation graphique per- mettant d'expliciter la détermination du profil d'une came conforme à l'invention. Le dispositif de tissage 1 conforme à l'invention et représenté schématiquement sur les figures 1 à 3 per- met de réaliser une structure tissée 2, du type nappe, formée de fils de trame FT et de fils de chaîne FC et destinée à la réalisation d'une pièce de matière compo- site. On sait qu'une telle pièce de matière composite est formée de façon usuelle, par ladite structure tissée qui est noyée dans une matrice de résine durcie. De façon connue, ledit dispositif 1 comporte notam- ment: - des moyens 3A et 3B pour déplacer longitudinalement par pas, selon une direction D, les fils de chaîne FC. A cet effet, lesdits moyens 3A et 3B présentent des for- mes coopérantes, par exemple en gradins, pour mainte- nir, en particulier par coincement, lesdits fils de chaîne FC; et - des moyens 4, comprenant par exemple un peigne de frappe, pour enlacer lesdits fils de trame FT dans les- dits fils de chaîne FC. Selon l'invention, ledit dispositif 1 comporte de plus des moyens 5 pour engendrer des vitesses de déplace- ment différentes pour au moins certains desdits fils de chaîne FC. L'ensemble des éléments 3A, 3B et 5 et du rouleau 8 précisé ci-dessous sont solidaires et se déplacent ensemble, et la came 5 tourne régulièrement d'un incrément de rotation lorsque les fils de chaîne FC avancent. Ainsi, grâce à ces différences de vitesse, on obtient une structure tissée 2, dont au moins un bord latéral 6A selon les fils de trame FT n'est pas perpendi- culaire à la direction D définie par les fils de chaîne FC, tel que représenté sur la figure 4. Par conséquent, la structure tissée 2 obtenue par le dispositif 1 et conforme à l'invention présente une forme non rectangulaire, car bien que les bords longitu- dinaux 7A et 7B selon les fils de chaîne FC restent pa- rallèles, au moins le bord latéral 6A n'est pas perpendi- culaire auxdits bords longitudinaux 7A et 7B. Bien entendu, les adjectifs latéral et longitudinal sont définis par rapport aux fils de trame et de chaîne, et non par rapport à la structure tissée 2 finale, cette dernière pouvant présenter une longueur plus importante selon les fils de trame que selon les fils de chaîne. Selon l'invention, ledit bord latéral 6A ou les deux bords latéraux peuvent présenter: - soit une ligne rectiligne de manière à obtenir une structure tissée de forme trapézoïdale; - soit une ligne courbe quelconque, comme représenté sur la figure 4. En outre, selon l'invention les moyens pour engen- drer des vitesses de déplacement différentes comportent une came profilée 5, qui est susceptible de tourner, au moins partiellement autour d'un axe X-X orthogonal à la direction D, et qui est agencée en amont des moyens 3A et 3B, dans le sens E de déplacement ou d'avancement des fils de chaîne FC, à proximité desdits moyens 3A et 3B. Comme on peut le voir sur les figures 1 à 3, le dispositif 1 conforme à l'invention comporte de plus le rouleau 8 d'axe L-L parallèle à l'axe X- X et agencé à une distance d en amont de l'axe X-X, tel que représenté sur la figure 5. Ladite came profilée 5 de forme générale plane pré- sente un profil adapté à la forme du bord latéral 6A que l'on souhaite obtenir, comme précisé ci-dessous. Ledit profil est défini par une longueur transversale h varia- ble, perpendiculairement audit axe longitudinal X-X, comme représenté sur la figure 5. Sur cette figure 5, on a représenté de plus: -, l'angle de rotation de la came 5, de valeur comprise entre deux valeurs limites 91 et 02 non représentées; - r, le rayon du rouleau 8, ainsi que des extrémités ar- rondies 5A et 5B de la came profilée 5, qui présentent le même rayon; - 1, la longueur entre l'axe L-L du rouleau 8 et l'axe de l'extrémité arrondie 5A de la came profilée 5; et - a, un angle qui est défini par les conditions de tangence du fil de chaîne FC. Selon l'invention, ledit profil de la came 5 est défini de sorte que sa longueur transversale hi, en un point Pi le long de l'axe longitudinal X-X, tel que re- présenté sur la figure 3, vérifie la relation suivante: Li = P.n + Fl(hi, 02) - F2(hi, 01) (EO) dans laquelle: - Li est la longueur souhaitée du fil de chaîne FCi de la structure tissée 2, qui est situé audit point Pi selon ledit axe longitudinal X-X; - n est le nombre de fils de trame FT de la structure tissée 2; - P est le pas de déplacement des fils de chaîne FC sous l'action des moyens 3A, qui a lieu à chaque fois que l'on met en place un fil de trame FT et qui est supposé constant; et - F1 et F2 sont des distances précisées ci- dessous et fonctions de ladite longueur transversale hi et respec- tivement desdits angles extrêmes 01 et 02 de rotation de la came 5. Bien entendu, la longueur obtenue par le produit P.n peut être déterminée différemment si le pas P de dé- placement ou d'avancement des fils de chaîne FC n'est pas constant, à savoir par une simple sommation des longueurs des différents pas. Selon l'invention, les paramètres h, d, r, 01 et 02 précités sont optimisés pour avoir la meilleure unifor- mité de répartition possible des fils de trame FT entre les bords latéraux 6A et 6B de la structure tissée 2. On précise ci-après le mode de calcul des fonctions F1 et F2. Comme le calcul est le même pour les deux fonc- tions, on l'explicite sur une fonction F dépendant d'un angle 0. Pour obtenir F1 et F2, il suffira de remplacer 0 respectivement par 01 et 02, dans cette fonction F. A partir de relations géométriques et de la repré- sentation de la figure 5, et en supposant que: - la structure tissée 2 ne glisse pas de la came 5 selon la direction X-X; - les fils de chaîne FC présentent une élasticité nulle; et - l'épaisseur de la structure tissée 2 est constante et indépendante de la tension et de la pression, on déduit facilement l'expression: F = r+r(c-O)+h+r(c+O)+l+ra, qui s'écrit F = r(1+7+2a)+h+l. Dans cette dernière expression, r, h, O et d sont des paramètres variables à choisir, et 1 et a sont des inconnues, que l'on peut calculer, comme précisé ci-des- sous. En réalisant une double projection respectivement sur un axe horizontal et un axe vertical non représentés, on obtient les deux relations suivantes: d=-rsinO+hcosO+rsinO+rsinx+lcosx+rsina (1) O=r+rcosO+hsinO+r(l-cosO)-r(l-cosc)-lsinx-r(l-cosa) (2) qui se simplifient en: lcosx+2rsinc=d-hcosO pour (1) lsinc-2rcosc=hsinO pour (2). En calculant l'expression (1)2 + (2)2, on obtient 12+4r2=d2+h2-2dhcosO, c'est-à-dire: 1 = /d2+h2-4r2-2dhcosO. En outre, à partir de l'expression (l)sina+(2)cosa, on obtient: 2r=(dhcosO) sinx-hsinOcosx, c'est-à-dire: 2r hsinO = arcsin () + arcsin () Vd2+h2-2dhcosO d2+h2-2dhcosO De ce qui précède, on est en mesure de calculer 1 et a, et donc de former la fonction F à partir des para- mètres r, h, d et 0. Par conséquent, en prenant des valeurs déterminées de r, d, 01 et 02 et en utilisant ladite fonction F et l'expression (EO) précitée, on arrive à déduire la dis- tance hi pour chaque point Pi considéré, c'est-à-dire à déterminer le profil de la came 5. On notera de plus que, sur le dispositif de tissage 1 mis en oeuvre conformément à l'invention, chaque fil de chaîne FC est enroulé sur une bobine indépendante non représentée de manière à permettre de délivrer des longueurs de fil différentes telles que précisées et exigées par ledit dispositif 1. Le dispositif 1 conforme à l'invention permet éga- lement de modifier l'épaisseur de la structure tissée 2, notamment dans le cas de réalisation d'une structure de type multicouche. Pour ce faire, c'est-à-dire pour obtenir une épais- seur variable, selon l'invention: - on enlace, à chaque pas de déplacement du dispositif 1, des fils de trame FT superposés présentant un nombre et/ou un diamètre variables; et/ou - on varie la longueur du pas P de déplacement ou d'avancement des fils de chaîne FC. Pour ce faire, il suffit de former en correspon- dance notamment les moyens 4 précités. Ainsi, grâce à l'invention, on peut réaliser des structures tissées 2 de forme et d'épaisseur variables. On est donc en mesure de préformer les structures tissées 2 en fonction des pièces de matière composite à fabri- quer, ce qui réduit considérablement les traitements ul- térieurs, du type usinage, auxquels sont ensuite soumises lesdites pièces. De plus, le dispositif 1 conforme à l'invention est simple à réaliser et à mettre en oeuvre et il est peu coûteux. REVENDICATIONS 1. Structure tissée pour la réalisation d'une pièce de matière composite, comportant des fils de trame (FT) et des fils de chaîne (FC), caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un bord la- téral (6A) selon les fils de trame (FT) qui présente une direction non perpendiculaire à la direction (D) définie par les fils de chaîne (FC). 2. Structure tissée selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit bord latéral présente une ligne rectiligne. 3. Structure tissée selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit bord latéral (6A) présente une ligne courbe. 4. Structure tissée selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle présente une épaisseur varia- ble. 5. Procédé de tissage pour réaliser la structure tissée spécifiée sous l'une quelconque des revendications 1 à 4, ledit procédé consistant à enlacer des fils de trame (FT) dans des fils de chaîne (FC) qui sont déplacés longitudinalement, caractérisé en ce que l'on déplace au moins certains desdits fils de chaîne (FC) à des vitesses respectives différentes. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on engendre le déplacement à vi- tesses différentes desdits fils de chaîne (FC) à l'aide d'une came profilée (5). 7. Procédé selon l'une des revendications 5 et 6, destiné plus spécifiquement à réaliser la structure tis- sée selon la revendication 4, caractérisé en ce que, pour obtenir une épaisseur varia- ble, on enlace un nombre variable de fils de trame (FT) superposés. 8. Procédé selon l'une des revendications 5 à 7, destiné plus spécifiquement à réaliser la structure tis- sée selon la revendication 4, caractérisé en ce que, pour obtenir une épaisseur varia- ble, on enlace des fils de trame (FT) présentant des dia- mètres variables. 9. Procédé selon l'une des revendications 5 à 8, destiné plus spécifiquement à réaliser la structure tis- sée selon la revendication 4, caractérisé en ce que, pour obtenir une épaisseur varia- ble, on modifie la longueur du pas de déplacement des fils de chaîne (FC) déplacés longitudinalement par pas, l'enlacement de fils de trame (FT) étant réalisé à chaque pas. 10. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé spécifié sous l'une quelconque des revendications 5 à 9, ledit dispositif (1) comportant notamment: - des moyens (3A, 3B) pour déplacer longitudinalement des fils de chaîne (FC); et - des moyens (4) pour enlacer des fils de trame (FT) dans lesdits fils de chaîne (FC), caractérisé en ce qu'il comporte de plus des moyens (5) pour engendrer des vitesses de déplacement différentes pour au moins certains desdits fils de chaîne (FC). 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que lesdits moyens (5) pour engendrer des vitesses de déplacement différentes comportent une came profilée (5), dont le profil est déterminé en fonc- tion du contour souhaité au moins dudit bord latéral (6A) de la structure tissée (2). 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que ladite came profilée (5) peut tour- ner autour d'un axe longitudinal (X-X), en ce qu'elle présente une forme sensiblement plane et un profil qui est défini par une longueur transversale (h) variable, perpendiculairement audit axe longitudinal (X-X), et en ce qu'elle est agencée de sorte que ledit axe longitudi- nal (X-X) est sensiblement orthogonal à ladite direction (D) définie par les fils de chaîne (FC). 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit profil est défini de sorte que sa longueur transversale hi, en un point Pi selon l'axe longitudinal (X-X), vérifie la relation suivante: Li = En(Pj) + Fl(hi,02) - F2(hi,O1), dans laquelle: - Li est la longueur souhaitée du fil de chaîne (FCi) de la structure tissée (2), qui est situé audit point Pi selon ledit axe longitudinal (X-X); -n est le nombre de fils de trame (FT) de la structure tissée (2); - les n Pj sont les pas de déplacement des fils de chaîne (FC) déplacés par pas; et -F1 et F2 sont des distances fonctions de ladite lon- gueur transversale hi et respectivement d'angles extrê- mes 01 et 02 de rotation de la came (5). 14. Pièce de matière composite, caractérisée en ce qu'elle est formée par la structure tissée (2) spécifiée sous l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4 et noyée dans une résine durcie.