Brevet FR2930611A1 — publié le 20091030

La présente invention a pour objet une bielle réalisée en matériau composite, ainsi que les procédés de réalisation d'une bielle en matériau composite. On sait qu'une bielle est une pièce allongée munie à chacune de ses extrémités d'un oeilleton, reliant deux axes parallèles et permettant de transmettre un mouvement de l'un à l'autre. Une bielle doit répondre à certaines contraintes de dimensions et de poids, mais également de résistance en traction et en compression. Dans certains domaines, aéronautique et spatial par exemple, il est parfois impossible de concevoir des bielles pouvant répondre simultanément à toutes les caractéristiques exigées. La présente invention a pour but de proposer une bielle réalisée en matériau composite présentant des caractéristiques qui jusque maintenant n'ont jamais été réunies. La bielle en matériau composite selon l'invention vient du moulage d'un matériau composite comprenant des fibres de renfort noyées dans une matrice thermodurcissable ou thermoplastique, et elle se caractérise essentiellement en ce qu'elle comprend d'une part deux inserts en matériau résistant, percés chacun d'un alésage constituant un oeilleton; d'autre part une âme, intercalée entre lesdits inserts, obtenue par moulage d'un composite comprenant des fibres de renfort noyées dans une matrice thermodurcissable ou thermoplastique; et d'autre part encore une sangle ceinturant l'ensemble comprenant lesdits deux inserts enserrant ladite âme, en passant autour desdits inserts et le long de ladite âme, et qui est constituée de l'enroulement d'un élément filaire imprégné d'une matrice thermodurcissable ou thermoplastique; et en ce que l'assemblage est réalisé avec précontrainte, c'est-à-dire que ladite âme est comprimée longitudinalement tandis que ladite sangle est tendue Le moulage de l'âme est réalisé à partir un empilement de tissus de fibres orientées de manière unidirectionnelle dans le sens de l'axe longitudinal s'étendant entre les inserts. La sangle assure la tenue en traction, tandis que l'âme assure la tenue à la compression, les inserts, qui sont réalisés en métal, de préférence en titane, assurant l'interface entre l'âme et la sangle, et la précontrainte évite la formation de jeu entre les inserts et l'âme. Le procédé de réalisation d'une bielle composite selon l'invention, par le moulage d'un matériau composite comprenant des fibres de renfort noyées dans une matrice thermodurcissable ou thermoplastique, se caractérise essentiellement en ce qu'il consiste: - à mouler une âme par compression d'un empilement de tissus composites fait des fibres de renfort noyées dans une matrice thermodurcissable ou thermoplastique, en veillant à conserver une orientation unidirectionnelles desdites fibres de renfort dans le sens longitudinal de ladite âme, - à usiner ladite âme en sorte de la mettre aux dimensions 15 souhaitées, - à préparer deux inserts, muni chacun d'un alésage formant oeilleton, et destinés à être disposés chacun à une extrémité de ladite âme, à usiner lesdits inserts et lesdites extrémités de l'âme, au niveau des zones de contact, 20 - à assembler les inserts et l'âme, et à maintenir l'ensemble avec contrainte, - à enrouler, autour de l'ensemble précontraint en passant autour des inserts et le long de l'âme, un élément filaire constitué d'une fibre de renfort, tout en exerçant une tension 25 sur ledit élément filaire, - à imprégner l'élément filaire avant enroulement, ou à imprégner l'enroulement, d'une matrice thermodurcissable ou thermoplastique, - à façonner par moulage et compression, l'enroulement 30 imprégné, tout en maintenant la tension exercée sur ledit élément filaire. Les avantages et les caractéristiques du dispositif et du procédé selon l'invention, ressortiront plus clairement de la description qui suit et qui se rapporte au dessin annexé, lequel 35 en représente un mode de réalisation non limitatif. Dans le dessin annexé : - la figure 1 représente une vue schématique en perspective d'une bielle composite selon l'invention. - les figures 2, 3, 4, 5 et 6 représentent des vues schématiques partielles en perspective de différentes étapes successives du procédé de réalisation d'une bielle composite selon l'invention, ainsi que du matériel utilisé. Sur la figure 1, on peut voir une bielle composite 1 selon l'invention, laquelle comprend une âme 2, deux inserts 3 percés chacun d'un alésage 30 formant un oeilleton, et une sangle 4 entourant l'ensemble constitué de l'âme 2 enserrée entre les deux inserts 3, en passant autour de ces derniers et le long de l'âme 2. En référence aux figures 2, 3, 4, 5 et 6 on peut voir différentes étapes du procédé de réalisation d'une bielle 15 composite 1. Sur la figure 2, on peut voir une opération de moulage de l'âme 2, entre les deux parties 50 et 51 d'un moule 5. L'objectif est d'obtenir une résistance à la compression maximum dans le sens de la longueur de l'âme. Si il est possible 20 de réaliser l'âme 2 de plusieurs manières, celle qui permet d'obtenir les meilleurs résultats consiste à presser un assemblage de tissus de fibres unidirectionnelles, pré-imprégnés, où toutes les fibres sont orientées dans le même sens, celui de l'effort à la compression, c'est-à-dire celui de 25 l'axe longitudinal de l'âme 2. Le matériau utilisé peut consister, non limitativement, en des fibres de carbone ou d'aramide, noyées dans une matrice de type époxyde ou phénolique L'étape suivante consiste à usiner les extrémités 20 de 30 l'âme 2 d'une grande planéité et parallèles, et également usiner les inserts 3, en sorte d'obtenir des plans de contact d'une grande précision. On notera que les extrémités 20 de l'âme 2 et les inserts 3 peuvent présenter des formes concordantes autres que plates, 35 rétentrices pare exemple. Sur la figure 3 on peut voir une opération d'assemblage des deux inserts 3 et de l'âme 2, dans un gabarit 6 comprenant deux parties 60 et 61, qui permet en plus de maintenir les inserts 3 serrés contre les extrémités 20 de l'âme 2, de réaliser cet assemblage sous contrainte. Les parties 60 et 61 du gabarit 6 enserrent l'assemblage sur deux côtés, ceux perpendiculaires aux axes des alésages 30, libérant ainsi les deux autres côtés. Sur la figure 4, on peut voir une opération de réalisation de la sangle 4, par enroulement d'un élément filaire 40, autour de l'assemblage maintenu dans le gabarit 6. L'enroulement est réalisé selon des plans perpendiculaires, ou presque, aux axes des alésages 30, tout en exerçant une tension T sur l'élément filaire 40. En pratique, on fait tourner le gabarit 6 selon un axe parallèle à ceux des alésages 30, et équidistant de ceux-ci, pour enrouler l'élément filaire 40 qui se dévide avec retenue. Simultanément à l'enroulement, l'élément filaire 40, qui consiste en une fibre de renfort, est imprégnée d'une matrice thermodurcissable ou thermoplastique de type résine époxy. On notera que selon une variante, l'âme 2 peut ne pas être mise en pression, mais c'est le cumul de la tension de l'élément filaire 40 à chaque spire qui crée la contrainte. Sur les figures 5 et 6, on peut voir que la sangle 4 est mise en forme par l'intermédiaire des deux pièces 70 et 71 d'un moule 7, qui s'insèrent entre les pièces 60 et 61 du gabarit 6, tout en maintenant la tension T. Le procédé décrit ci-dessus n'est pas le seul permettant d'obtenir une bielle 1 selon l'invention, d'autres procédés 30 peuvent être mis en oeuvre. La précontrainte nécessaire est due au fait que la longueur de l'âme 2 relâchée est supérieure à la distance qui lui est réservée entre les deux inserts 3, lorsque ceux-ci sont montés dans la sangle 4. 35 Ainsi, outre le procédé décrit ci-dessus où la sangle 4 est fabriquée autour de l'âme 2, il est possible fabriquer la sangle 4 séparément, et d'y introduire l'âme 2 après mise en tension de la sangle 4. La mise en tension peut être réalisée en utilisant les alésages 30 des inserts 3, ou bien en créant aux extrémités de la sangle, des appendices de préhension qui peuvent être supprimés ultérieurement. Il est également possible que les extrémités 20 de l'âme 20 ainsi que les inserts 3 soient usinés en faisant un certain angle en sorte que l'introduction de l'âme 2 dans la sangle 4 crée un effet de coin. Cet effet peut également être obtenu par l'utilisation de pièces rapportées taillées en coin et insérées entre l'âme 2 et les inserts 3. REVENDICATIONS1) Bielle en matériau composite (1) , qui vient du moulage d'un matériau composite comprenant des fibres de renfort noyées dans une matrice thermodurcissable ou thermoplastique, caractérisée en ce qu'elle comprend d'une part deux inserts (3) en matériau résistant, percés chacun d'un alésage (30) constituant un oeilleton; d'autre part une âme (2) , intercalée entre lesdits inserts (3) , obtenue par moulage d'un composite comprenant des fibres de renfort noyées dans une matrice thermodurcissable ou thermoplastique; et d'autre part encore une sangle (4) ceinturant l'ensemble comprenant lesdits deux inserts (3) enserrant ladite âme (2), en passant autour desdits inserts (3) et le long de ladite âme (2) , et qui est constituée de l'enroulement d'un élément filaire (40) imprégné d'une matrice thermodurcissable ou thermoplastique; et en ce que l'assemblage est réalisé avec précontrainte, c'est-à-dire que ladite âme (2) est comprimée longitudinalement tandis que ladite sangle (4) est tendue. 2) Procédé de réalisation d'une bielle composite par le moulage d'un matériau composite comprenant des fibres de renfort noyées dans une matrice thermodurcissable ou thermoplastique, caractérisé en ce qu'il consiste: - à mouler une âme (2) par compression d'un empilement de tissus composites fait des fibres de renfort noyées dans une matrice thermodurcissable ou thermoplastique, en veillant à conserver une orientation unidirectionnelles desdites fibres de renfort dans le sens longitudinal de ladite âme (2), - à usiner ladite âme (2) en sorte de la mettre aux dimensions souhaitées, - à préparer deux inserts (3) , muni chacun d'un alésage 30 (30) formant oeilleton, et destinés à être disposés chacun à une extrémité (20) de ladite âme (2) , à usiner lesdits inserts (3) 6 et lesdites extrémités (20) de l'âme (2), au niveau des zones de contact, - à assembler les inserts (3) et l'âme (2), et à maintenir l'ensemble avec contrainte, - à enrouler, autour de l'ensemble précontraint, en passant autour des inserts (3) et le long de l'âme (2) , un élément filaire (40) constitué d'une fibre de renfort, tout en exerçant une tension (T) sur ledit élément filaire (40), - à imprégner l'élément filaire (40) avant enroulement, ou à imprégner l'enroulement, d'une matrice thermodurcissable ou thermoplastique, - à façonner par moulage et compression, l'enroulement imprégné, tout en maintenant la tension (T) exercée sur ledit élément filaire (40).