Brevet FR2764840A1 — publié le 19981224

I SYSTEME D'ASSEMBLAGE POUR DES STRUCTURES SANDWICHS COMPOSITES RENFORCEES PAR DES FIBRES EN CONSTRUCTION MODULAIRE L'invention concerne un système d'assemblage qui est destiné à des structures sandwichs composites renforcées par des fibres en construction modulaire et qui prévoit des pièces de raccord des structures. L'utilisation de structures composites renforcées par des fibres et de grandes surfaces prend de nos jours de plus en plus d'importance dans les domaines des constructions aéronautique, navale et ferroviaire. En raison de la grande solidité combinée au faible poids de la structure, on utilise souvent des structures sandwichs dont15 la fabrication pour de grandes surfaces pose toutefois fréquemment des problèmes techniques. On considère donc comme étant une solution idéale la construction modulaire de la structure globale à partir de demi-produits préfabriqués. Les demi-produits préfabriqués doivent donc être assemblés par une technique d'assemblage appropriée pour former des structures composites renforcées par des fibres et de grandes surfaces. On connaît une méthode consistant à munir d'un biseau les pièces de raccord conçues sous forme de demi-produits préfabriqués. Les deux pièces de raccord sont alors biseautées selon un angle de 1: 20 environ, c'est-à-dire L = 20 H, o L est la longueur et H la hauteur du biseau. Ce biseau sur les pièces de raccord permet de former un assemblage adhérent par force. Cette technique a fait ses preuves dans le cas particulier des réparations. La surface de raccord plus longue d'un facteur 20 que l'épaisseur de la pièce implique une grande dépense technique de fabrication qui, outre les grandes exigences concernant la précision des contours, est aussi liée à un encombrement important. En raison de son coût élevé, cette technique convient peu à la fabrication en série ou en grande série. Dans un autre contexte, Gerd Hintersdorf a déjà proposé dans "Geklebte Konstruktionen in Wabenbauweise", Fertigungstechnik und Betrieb, 12ème édition 1962, fascicule 8, pages 503 à 537, d'assembler deux panneaux dits en nids d'abeilles en enlevant les zones en nids d'abeilles voisines d'une surface frontale et en collant une barre en nids d'abeilles dans l'espace libre ainsi formé. Le document DE-GM 1 876 723 propose une construction analogue pour la fixation de panneaux sandwichs. Il s'agit aussi d'assembler frontalement deux panneaux sandwichs tout à fait plans et il est proposé d'insérer entre des extrémités en saillie des couches extérieures des panneaux sandwichs une pièce intercalaire en panneau sandwich correspondant en épaisseur et forme à leur espace intérieur. Le brevet DE 25 05 232 Al incite aussi à assembler frontalement de cette manière des panneaux de construction en coquille. Le brevet DE 94 18 409 U1 propose enfin de fabriquer un panneau de sol de tente dans lequel un noyau est introduit entre deux couches extérieures, au moins l'une des couches extérieures étant conçue sous forme de panneau métallique. Cette caractéristique est ici très importante pour le maintien des panneaux tout à fait plans. Un raccord entre les éléments formant noyaux est prévu, les profils de raccord étant liés aux couches extérieures. Toutes ces formes de construction connues ne sont ni prévues ni adaptées à la fabrication de structures sandwichs composites renforcées par des fibres en construction modulaire, qui sont aussi soumises à de fortes contraintes telles qu'on les rencontre par exemple dans les domaines des constructions aéronautique, navale et ferroviaire. Toutes ces propositions proviennent globalement du domaine de la construction de bâtiments et ne sont pas conçues pour des charges variables telles qu'elles peuvent apparaître par exemple suite à des influences exercées par des mouvements ou déplacements. L'invention a donc pour objet de proposer un système d'assemblage par force qui est destiné à des structures sandwichs composites renforcées par des fibres en construction modulaire et qui met en oeuvre un haut degré d'automatisation pour de faibles coûts, des contraintes élevées étant aussi satisfaites. Le problème est résolu selon l'invention par un système d'assemblage destiné à des structures sandwichs composites renforcées par des fibres en construction modulaire et qui prévoit des pièces de raccord des structures, selon lequel les pièces de raccord sont munies sur leurs côtés frontaux de lèvres de raccord et selon lequel il est prévu des éléments d'assemblage qui sont formés de telle sorte qu'ils s'adaptent ou peuvent s'adapter entre les lèvres de raccord de pièces de raccord aboutées et qu'un assemblage par force des pièces de raccord est formé, caractérisé en ce que les éléments d'assemblage sont fabriqués séparément et sont fixés, notamment collés, dans les surfaces de raccord pour produire un assemblage par force, et les éléments d'assemblage comportent une enveloppe complètement englobante par rapport aux surfaces de raccord. On obtient ainsi un système d'assemblage, destiné à des structures sandwichs composites renforcées par des fibres en construction modulaire, qui met en oeuvre des assemblages par force déterminés et reproductibles. La surface extérieure des structures sandwichs assemblées des modules composites à fibres ou pièces de raccord est uniformément lisse et permet d'éviter des influences néfastes d'un flux passant sur le profil. Les surfaces de raccord des pièces de raccord permettent avantageusement un centrage automatique et donc un haut degré d'automatisation avec des outils de manipulation simples. Une fabrication en série ou35 en grande série peut donc avoir lieu avec le système d'assemblage selon l'invention. Les éléments d'assemblage fixés, notamment collés à l'intérieur, entre les lèvres de raccord dans la zone des surfaces de raccord sont fabriqués séparément et sont entourés par une enveloppe de tous les côtés par rapport aux surfaces de raccord. L'enveloppe assure un assemblage absolument complet et donc une transmission des forces des éléments d'assemblage avec toutes les surfaces de raccord des deux structures sandwichs composites à fibres mises bout à bout. Toutes les propositions selon l'état de la technique assemblent aux couches extérieures seulement certaines zones partielles des éléments d'assemblage utilisés. Une enveloppe permet par contre un collage, ou une fixation équivalente, de tous les côtés. On a en principe un système d'assemblage, qui est destiné à des structures sandwichs composites à fibres en construction modulaire et qui prévoit des pièces de raccord, dans lequel les pièces de raccord sont munies sur leurs côtés frontaux de lèvres de raccord et dans lequel il est prévu des éléments d'assemblage qui sont formés de telle sorte qu'ils s'adaptent ou peuvent s'adapter entre les lèvres de raccord de pièces de raccord aboutées et qu'il se forme un assemblage par force des pièces de raccord. Il est prévu de préférence une lèvre de raccord supérieure et une lèvre de raccord inférieure. La lèvre de raccord supérieure est disposée de préférence dans le plan de la surface extérieure des pièces de raccord, tandis que la lèvre de raccord inférieure est disposée avec un certain angle par rapport à la face inférieure ou surface intérieure des pièces de raccord de manière à obtenir un centrage automatique des surfaces de raccord des pièces de raccord aboutées. L'enveloppe entourant à chaque fois les éléments d'assemblage peut être prévue en particulier selon deux variantes. Une première variante des éléments d'assemblage est conçue de telle sorte qu'il est prévu une enveloppe extérieure mince et renforcée par des fibres et un noyau en mousse entouré par l'enveloppe extérieure renforcée par des fibres. L'enveloppe extérieure a de préférence une orientation de fibres convenant aux contraintes. Si elle doit être protégée contre les torsions, elle comporte de préférence un tissu à 45 en fibres de carbone. Par contre, si les fibres sont disposées les unes par rapport aux autres avec un angle de 90 comme des couches unidirectionnelles, des forces de traction ou de compression peuvent être supportées. Le noyau en mousse a de préférence une faible densité. Ainsi, conformément aux exigences, il est très léger. L'enveloppe extérieure des éléments d'assemblage peut être15 fabriquée de préférence selon une technique de tissage de fibres, une fabrication en grande série de l'élément d'assemblage en tant que demi-produit étant alors possible et très avantageuse. L'élément d'assemblage peut aussi comporter de préférence des nappes de fibres cousues ou des fibres tricotées et cousues ayant une extensibilité modérée. Une telle extensibilité modérée correspond à des valeurs supérieures à la base de calcul actuelle de Skrit = 0,4 % pour des structures composites renforcées par des fibres utilisées en aéronautique. Un renforcement25 tridimensionnel par couture des nappes ou des tissus de fibres améliore nettement la tolérance aux dommages de la structure car il empêche la propagation des déchirures éventuelles. Par conséquent, l'extensibilité peut être augmentée par exemple à des valeurs de Ekrit = 0,7 à 0,8 %. Dans une autre variante, un élément d'assemblage correspondant est fabriqué de telle sorte qu'un tuyau en tissu flexible et imprégné au préalable de résine liquide est muni d'un fourreau intérieur. Un tel tuyau en tissu avec fourreau intérieur est inséré dans la surface de raccord entre les lèvres de raccord de deux pièces de raccord mises bout à bout. Une surpression est produite dans le fourreau intérieur. La surpression est produite de préférence en gonflant le fourreau intérieur avec un fluide chaud ou très chaud, notamment de l'air chaud ou de la vapeur très chaude. Le tuyau en tissu entourant le fourreau intérieur s'appuie ainsi au contour des surfaces de raccord des pièces de raccord mises bout à bout. De préférence, le fluide chaud destiné à gonfler le fourreau intérieur permet en même temps de régler de manière déterminée la température nécessaire au durcissement de la résine du tuyau en tissu. Ainsi, la résine des tuyaux en tissu assemble avantageusement, et colle notamment, les pièces de raccord dans la zone des surfaces de raccord entre les lèvres de raccord des pièces de raccord mises bout à bout. Pour expliquer de manière plus détaillée l'invention, on décrit cidessous des exemples de réalisation d'un système d'assemblage pour des structures en sandwichs composites renforcées par des fibres en construction modulaire, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'une pièce de raccord plate avec des lèvres de raccord selon l'invention, la figure 2 est une vue en coupe et en perspective de pièces de raccord selon la figure 1 assemblées avec des éléments d'assemblage selon l'invention, la figure 3 est une vue en perspective d'une première forme de réalisation d'un élément d'assemblage selon l'invention, la figure 4 est une deuxième forme de réalisation d'un élément d'assemblage selon l'invention, et la figure 5 est une vue en coupe et en perspective d'une structure en sandwich courbe en construction modulaire avec des lèvres de raccord et des éléments d'assemblage selon l'invention. La figure 1 montre une vue en perspective d'une pièce de raccord 10 globalement plate avec des lèvres de raccord 11, 12. La pièce de raccord 10 est conçue comme une structure en sandwich. Sur son bord extérieur, de tous les côtés, les lèvres de raccord 11, 12 dépassent de la face supérieure 13 et de la face inférieure 14 de la pièce de raccord 10. La lèvre de raccord supérieure 11 est disposée dans le plan de la face supérieure 13 ou surface extérieure de la pièce de raccord 10. La lèvre de raccord inférieure 12 est disposée avec un certain angle par rapport à la face inférieure 14 ou surface intérieure de la pièce de raccord 10. La face inférieure de la lèvre de raccord supérieure 11, une paroi extérieure 15 de la pièce de raccord 10 et la face supérieure de la lèvre de raccord inférieure 12 forment ensemble une surface de raccord 16. La figure 2 montre une vue en coupe et en perspective de la pièce de raccord 10 représentée à la figure 1 avec des pièces de raccord 20, 30 adjointes des deux côtés. Les pièces de raccord 20, 30 comportent aussi chacune une lèvre de raccord supérieure 21, 31 et une lèvre de raccord inférieure 22, 32. Les lèvres de raccord supérieures 11, 21, 31 se touchent en un plan. Comme les lèvres de raccord supérieures se trouvent dans un plan, il en résulte sur les faces supérieures 13, 23, 33 des pièces de raccord une structure globale qui a une surface extérieure plane. Aucune influence ne peut donc s'exercer sur le contour extérieur des modules individuels assemblés sous forme de pièces de raccord pour la construction sandwich. Les deux pièces de raccord 20, 30 comportent aussi des lèvres de raccord inférieures 22, 32 disposées avec un certain angle par rapport à la face inférieure respective 24, 34 des pièces de raccord. Des éléments d'assemblage 40 sont insérés, fixés par coopération de formes et par force, dans les surfaces de raccord 16, 26 et 16, 36 formées par les pièces de raccord aboutées 10, 20 et 10, 30 avec des parois extérieures 25, 35. Les éléments d'assemblage 40 sont formés et fixés à l'intérieur des surfaces de raccord de telle sorte qu'ils permettent un assemblage par force des pièces de raccord 10, 20 et 10, 30. Comme il est prévu des lèvres de raccord inférieures disposées avec un certain angle par rapport à la face inférieure des pièces de raccord, il se produit un centrage automatique des éléments d'assemblage 40 dans les surfaces de raccord respectives 16, 26 et 16, 36. De préférence, les éléments d'assemblage 40 sont collés à l'intérieur des surfaces de raccord 16, 26 et 16, 36. On décrit ci- dessous à l'aide de deux exemples représentés aux figures suivantes la structure des éléments d'assemblage fabriqués séparément. La figure 3 montre une vue en perspective d'une première forme de réalisation d'un élément d'assemblage 40 selon l'invention. L'élément d'assemblage 40 comporte une enveloppe extérieure 41 mince et renforcée par des fibres. L'enveloppe extérieure 41 entoure complètement un noyau en mousse 42 intérieur. Le noyau en mousse 42 a de préférence une faible densité. Le tissu de l'enveloppe extérieure 41 a de préférence une orientation de fibres convenant aux contraintes. Il est prévu par exemple une orientation de 45 d'un tissu de fibres de carbone. L'enveloppe extérieure 41 renforcée par des fibres peut être fabriquée par exemple selon la technique des fibres tissées. Une fabrication en grande série est ainsi possible. Une variante consiste aussi à mettre en oeuvre cette fabrication au moyen de nappes de fibres cousues ou de fibres tricotées et cousues ayant une extensibilité modérée. Dans tous les cas, l'enveloppe extérieure 41 renforcée par des fibres doit s'adapter à la forme du noyau en mousse 42. Le noyau en mousse 42 est formé de telle sorte qu'il s'adapte de manière optimale dans les surfaces de raccord entre les pièces de raccord assemblées. Le noyau en mousse est donc en forme de barre et a une section sensiblement pentagonale. Trois côtés du pentagone sont disposés avec des angles de 90 les uns par rapport aux autres. Les deux côtés restants forment ensemble un angle obtus et ont environ la moitié de la longueur du côté opposé. Comme ces deux côtés inférieurs forment ensemble un angle obtus, ils reproduisent l'angle des deux lèvres de raccord inférieures l'une par rapport à l'autre et par rapport aux parois extérieures verticales 15, 25 et 15, 35 des pièces de raccord 10, 20 et 10, 30 selon la figure 2. La figure 4 montre une deuxième forme de réalisation d'un élément d'assemblage 50 selon l'invention. La figure 4 montre en même temps l'élément d'assemblage 50 inséré à l'intérieur des pièces de raccord 10, 20 et 10, 30 selon la figure 2. L'élément d'assemblage 50 comporte un tuyau en tissu 51 extérieur. Un fourreau intérieur 52 est prévu sur la face intérieure du tuyau en tissu 51. Le tuyau en tissu 51 est fabriqué sous forme de pièce flexible et imprégnée au préalable de résine liquide. Le tuyau en tissu avec fourreau intérieur a d'abord, lorsqu'il n'est pas inséré dans les surfaces de raccord, une section ronde. Pour l'assemblage par force des pièces de raccord 10, 20 et 10, 30, on insère le tuyau en tissu avec fourreau intérieur dans les surfaces de raccord 16, 26 et 16, 36. On produit ensuite une surpression dans le fourreau intérieur. La surpression est produite de préférence par un fluide chaud ou très chaud. On insuffle par exemple de l'air chaud ou de la vapeur très chaude dans le fourreau intérieur et celui-ci est ainsi gonflé. Le tuyau en tissu 51 entourant le fourreau intérieur s'appuie donc au contour des surfaces de raccord 16, 26 et 16, 36 des pièces de raccord 10, 20 et , 30 mises bout à bout. En insufflant un fluide chaud ou très chaud, on produit la température nécessaire au durcissement de la résine du tuyau en tissu 51. En choisissant correctement le fluide de chauffage destiné à être insufflé et à gonfler le tuyau, on peut régler de manière déterminée une température voulue. La résine du tuyau en tissu est ainsi chauffée et assemble, c'est-à-dire colle, les pièces de raccord 10, 20 et 10, 30 dans la zone de leurs surfaces de raccord 16, 26 et 16, 36. La résine contribue donc à la stabilité de l'élément d'assemblage 50. Après le gonflage et après le durcissement de la résine, l'élément d'assemblage 50 a une forme qui correspond à l'espace creux entre les surfaces de raccord 16, 26 et 16, 36. Cette forme correspond aussi à la forme extérieure de l'élément d'assemblage 40 selon la figure précédente. La figure 5 montre une variante de la forme de réalisation de la pièce de raccord médiane sous forme de pièce de raccord 60 courbe. La pièce de raccord courbe 60 comporte également une lèvre de raccord supérieure 61 et une lèvre de raccord inférieure 62. Les lèvres de raccord supérieures 61 et 21 ou 61 et 31 mises bout à bout forment la surface extérieure plane de la structure globale. La lèvre de raccord inférieure 62 dépasse, avec un certain angle, de la face inférieure 64 de la pièce de raccord courbe 60. Des éléments d'assemblage 70 sont insérés dans les surfaces de raccord 66, 26 et 66, 36 ainsi formées. Ces éléments d'assemblage correspondent globalement à ceux des figures 3 ou 4. En raison des parois extérieures 65, prévues avec une légère inclinaison par rapport à la verticale, de la pièce de raccord courbe 60, les éléments d'assemblage 70 sont aussi munis d'une inclinaison correspondante de leurs parois adjacentes à ces parois extérieures 65. Le reste de la structure des éléments d'assemblage correspond aux éléments d'assemblage des figures 3 ou 4. Une variante consiste aussi évidemment à prévoir, à la place de la structure selon la figure 3, une structure des éléments d'assemblage selon la figure 4, à savoir un tuyau en tissu avec un fourreau intérieur. Une conception des éléments d'assemblage selon la figure 4 s'avère très avantageuse justement à cause des parois extérieures 65 inclinées et des autres angles ainsi formés par les surfaces de raccord. En prévoyant les lèvres de raccord correspondantes sur les pièces de raccord sous forme de lèvres de raccord supérieures et inférieures, on peut donc assembler par collage les différents modules de pièces de raccord selon une structure en sandwich pour former des structures complètes. Dans le domaine des constructions légères à partir de matériaux composites renforcés par des fibres, les éléments d'assemblage selon l'invention avec les lèvres de raccord supérieures et inférieures sur les différentes pièces de raccord sont des moyens auxiliaires très utiles15 pour la construction de structures en sandwichs légères. De telles structures globales, composées de modules, en construction sandwich à partir de matériaux composites renforcés par des fibres, sont utilisées avec de nombreux avantages dans le domaine de l'aéronautique, de la construction ferroviaire et de la construction navale. Bien que l'invention ait été particulièrement montrée et décrite en se référant à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il sera compris aisément par les personnes expérimentées dans cette technique que des modifications dans la forme et dans des détails peuvent être effectuées sans sortir de l'esprit ni du domaine de l'invention. Liste des références pièce de raccord 11 lèvre de raccord supérieure 12 lèvre de raccord inférieure 13 face supérieure 14 face inférieure paroi extérieure 16 surface de raccord pièce de raccord 21 lèvre de raccord supérieure 22 lèvre de raccord inférieure 23 face supérieure 24 face inférieure paroi extérieure 26 surface de raccord pièce de raccord 31 lèvre de raccord supérieure 32 lèvre de raccord inférieure 33 face supérieure 34 face inférieure paroi extérieure 36 surface de raccord élément d'assemblage 41 enveloppe extérieure 42 noyau en mousse élément d'assemblage 51 tuyau en tissu 52 fourreau intérieur 60 pièce de raccord courbe 61 lèvre de raccord supérieure 62 lèvre de raccord inférieure 63 face supérieure 64 face inférieure paroi extérieure 66 surface de raccord élément d'assemblage REVENDICATIONS 1. Système d'assemblage destiné à des structures en sandwichs composites renforcées par des fibres en construction modulaire et qui prévoit des pièces de raccord des structures, dans lequel les pièces de raccord (10, 20, 30, 60) sont munies sur leurs côtés frontaux de lèvres de raccord (11, 12; 21, 22; 31, 32; 61, 62) et dans lequel il est prévu des éléments d'assemblage (40, 50, 70) qui sont formés de telle sorte qu'ils s'adaptent ou peuvent s'adapter entre les lèvres de raccord (11, 12; 21, 22; 31, 32; 61, 62) de pièces de raccord (10, 20, 30, 60) aboutées et un assemblage par force des pièces de raccord (10, 20, 30, 60) est formé, caractérisé en ce que les éléments d'assemblage (40, 50, 70) sont fabriqués séparément et sont fixés, notamment collés, dans les surfaces de raccord (16, 26 et 16, 36; 66, 26 et 66, 36) pour produire un assemblage par force, et les éléments d'assemblage (40, 50, 70) comportent une enveloppe (41, 51) complètement englobante par rapport aux surfaces de raccord (16, 26 et 16, 36; 66, 26 et 66, 36). 2. Système d'assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que une lèvre de raccord supérieure (11, 21, 31, 61) se trouve dans le plan de la surface extérieure des pièces de raccord (10, 20, 30, 60), et une lèvre de raccord inférieure (12, 22, 32, 62) est disposée avec un certain angle par rapport à la surface intérieure ou face inférieure (14, 24, 34, 64) des pièces de raccord (10, 20, 30, 60) de manière à obtenir un centrage automatique des surfaces de raccord (16, 26, 36, 66) de pièces de raccord (10, 20, 30, 60) mises bout à bout. 3. Système d'assemblage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les éléments d'assemblage (40) comportent une enveloppe extérieure (41) mince et renforcée par des fibres et un noyau en mousse (42). 4. Système d'assemblage selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'enveloppe extérieure (41) a une orientation de fibres convenant aux contraintes et le noyau en mousse (42) a une faible densité. 5. Système d'assemblage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enveloppe extérieure (41) des éléments d'assemblage (40) est fabriquée selon une technique de tissage de fibres. 6. Système d'assemblage selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'enveloppe extérieure (41) des éléments d'assemblage (40) est constituée de nappes de fibres cousues ou de fibres tricotées et cousues ayant une extensibilité modérée, notamment de Ekrit = 0,7 à 0,8 %. 7. Système d'assemblage selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les éléments d'assemblage (50) comportent des tuyaux en tissu (51), flexibles et imprégnés au préalable de résine liquide, avec des fourreaux intérieurs (52). 8. Système d'assemblage selon la revendication 7, caractérisé en ce que les tuyaux en tissu (51) avec les fourreaux intérieurs (52) sont insérés dans les surfaces de raccord (16, 26, 36, 66) entre les lèvres de raccord (11, 12; 21, 22; 31, 32; 61, 62) et une surpression peut être produite ou est produite dans le fourreau intérieur (52). 9. Système d'assemblage selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le tuyau en tissu (51) s'appuie au contour des surfaces de raccord (16, 26, 36, 66) lorsque le fourreau intérieur (52) est gonflé par un fluide chaud ou très chaud, notamment par de l'air chaud ou par de la vapeur très chaude. 10. Système d'assemblage selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que, au moyen du fluide chaud ou très chaud destiné à gonfler le fourreau intérieur (52), les conditions particulières de température pour le durcissement de la résine des tuyaux en tissu (51) sont réglées de manière déterminée. 11. Système d'assemblage selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que la résine des tuyaux en tissu (51) assemble, ou colle ensemble, les pièces de raccord (10, 20, 30, 60) dans la zone de leurs surfaces de raccord (16, 26, 36, 66) entre les lèvres de raccord (11, 12; 21, 22; 31, 32; 61, 62)