Brevet FR2990025A1 — publié le 20131101

Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des procédés de contrôle de la fabrication des pièces en composite équipant les turbomachines de moteurs d'aéronefs. Elle vise plus particulièrement un dispositif d'essai pour visualiser par tomographie 3D l'agencement d'une préforme fibreuse sous contraintes simultanées ou non de cisaillement et de compression. Afin d'améliorer les simulations numériques des procédés de fabrication de pièces en composites par imprégnation de fibres avec de la résine tels que ceux connus sous les appellations LCM (Liquid Composite Molding), RTM (Resin Transfer Molding), VARTM (Vaccum Assisted Resin Transfer Molding), CRTM (Compression resin Transfer Molding), etc. il est impératif de maîtriser la connaissance de l'écoulement de résine dans une préforme fibreuse. Plus particulièrement, il est nécessaire de connaitre cet écoulement et notamment de pouvoir visualiser directement la préforme fibreuse sous des sollicitations mécaniques simultanées ou non de type cisaillement et compression. Objet et résumé de l'invention La présente invention vise donc à réaliser un dispositif d'essai permettant des sollicitations mécaniques simultanées ou non de type cisaillement et compression sur la préforme fibreuse. Ce dispositif doit en outre être simple, léger pour mise en place dans un appareil de tomographie 3D et la zone du dispositif bombardée par les rayons X doit respecter une condition de densité pour qu'une analyse d'images tonnographiques soit réalisable. Ces buts sont atteints par un dispositif d'essai pour la visualisation par tomographie des chemins préférentiels d'écoulement de résine dans une préforme fibreuse, ledit dispositif d'essai comportant un support pour recevoir ladite préforme fibreuse, une première bride montée à une extrémité de ladite préforme fibreuse pour la fixer sur ledit support, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une règle fixée par une seconde bride à une autre extrémité, opposée à ladite première, de ladite préforme fibreuse et pouvant coulisser dans une rainure dudit support de façon à définir un angle déterminé de décadrage pour ladite préforme fibreuse et un couvercle de pression recouvrant et comprimant ladite préforme fibreuse jusqu'à une hauteur prédéterminée définie par des cales disposées sur ledit support de part et d'autre de ladite préforme fibreuse. La géométrie particulière de ce dispositif permet un réglage simultané d'angle de décadrage des fibres trames par rapport aux fibres 5 chaîne - ou inversement - et un réglage par compression du volume de porosités présent dans la préforme fibreuse. De préférence, ladite règle coulissante comporte une pluralité de trous espacés d'un pas identique ou non et destinés à coopérer avec des orifices correspondant dudit support pour fixer la position de ladite 10 règle coulissante . Avantageusement, ladite règle coulissante définissant ledit angle de décadrage est maintenue en position par des goupilles traversant à la fois ledit support et lesdits trous. Ladite règle coulissante peut comporter des graduations pour 15 une lecture directe desdits angles de décadrage. Selon le tomographe utilisé, au moins ledit support et ledit couvercle de pression sont constitués en un matériau présentant une densité au plus différente de 0,6 de celle de ladite préforme fibreuse. Toutefois, lesdites brides de serrage peuvent aussi être constitués en un 20 matériau d'une densité sensiblement identique à ladite préforme fibreuse et être fixées à ladite préforme fibreuse par des moyens de fixation constitués aussi en un matériau présentant une densité au plus différente de 0,6 de celle de ladite préforme fibreuse. De même lesdites cales peuvent être constitués en un matériau présentant une densité au plus 25 différente de 0,6 de celle de ladite préforme fibreuse. Avantageusement, ladite préforme fibreuse comporte une épaisseur moindre auxdites extrémités destinées à recevoir lesdites brides de serrage et le décadrage de ladite préforme fibreuse peut être un décadrage de torons de trame vis à vis de la chaîne ou bien inversement, 30 selon la direction desdites brides de serrage par rapport aux torons de ladite préforme fibreuse. De préférence, ladite préforme fibreuse est une structure tissée multicouches avec une armure de type interlock. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif et sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective schématique d'un tomographe à rayons X apte à recevoir pour analyse un dispositif d'essai selon l'invention ; - la figure 2 est une vue montrant le positionnement de la texture fibreuse à analyser dans le dispositif d'essai selon l'invention ; - la figure 3 illustre un premier mode de réalisation d'un dispositif d'essai selon l'invention avant insertion dans le tomographe de la figure 1; et - la figure 4 illustre un second mode de réalisation d'un dispositif d'essai selon l'invention avant insertion dans le tomographe de la figure 1. Description détaillée d'un mode de réalisation La figure 1 représente schématiquement, en perspective, un exemple de tomographe à rayons X destiné à recevoir un dispositif d'essai selon l'invention. Classiquement, un tel tomographe 10 comporte, dans un boitier 12 étanche aux rayons X, un générateur à rayons X du type à faisceau conique 14, un plateau rotatif 16 sur lequel la pièce à analyser est placée et derrière celui-ci un détecteur plan 18 relié à un circuit électronique d'acquisition 20. Le circuit d'acquisition est lui-même relié à une unité centrale de traitement informatique (par exemple un ordinateur personnel 22) comportant un logiciel de reconstruction et de visualisation 3D de la pièce ainsi bombardée par les rayons X. La pièce à analyser est une préforme fibreuse tridimensionnelle 28 formée d'une structure textile tissée multicouches à armature de type « interlock ». Par « interlock », on entend une armature de tissage dans laquelle chaque couche de fils de trame lie plusieurs couches de fils de chaine avec toutes les fils d'une même colonne de trame ayant le même mouvement dans le plan de l'armature. Selon l'invention, la pièce à analyser est montée dans un dispositif d'essai 30 adapté pour régler facilement et de façon simultanée l'angle de cisaillement (appelé aussi angle de décadrage) et la porosité (le volume de fibres) de la préforme. Ce dispositif d'essai est toutefois léger donc portable car il est constitué de préférence entièrement en matériau composite ou en résine ou avec une association des deux, d'une densité similaire à la pièce à analyser et de manipulation facile pour être aisément introduit dans le tomographe. En effet, pour éviter tout artéfact et différence de contraste entre la préforme fibreuse et son support lors de la tomographie, il est nécessaire d'adapter la nature des matériaux des différentes pièces constituant le dispositif d'essai à celui de la préforme fibreuse, comme le montre à seul titre indicatif le tableau suivant et d'où il ressort qu'une différence de densité au plus égale à 0,6 est acceptable. Nature et densité des fibres Nature et densité pièces dispositif Carbone 1,8 Résine époxyde 1,2 Verre 2,5 Aluminium 2,7 Aramide (KevlarC)) 1,4 Résine époxyde 1,2 Céramique 3,2 Aluminium 2,7 On pourra noter la possible adjonction d'un film de silicone à la jonction de la préforme avec le dispositif d'essai. La préforme fibreuse est réalisée par tissage tridimensionnel de torons (ou nnêches) de fibres de carbone, de verre, d'aramide ou de céramique utilisés à la fois comme fil de chaine et fil de trame. Les paramètres de tissage (orientation et entrecroisement des fibres, répartition des fils de chaine et de trame, taux de fibres...) et ceux de la résine (époxy, phénolique, bismaléimide, polyimide ou PEEK ou céramique par exemple) qui imprégnera les fibres ainsi tissées, définiront les propriétés finales mécaniques, de surface ou autres de la pièce. La figure 2 montre plus précisément la fixation de la préforme fibreuse 28 dans le dispositif d'essai 30. Pour ce faire, ce dispositif comporte une première partie de support 32 destinée à recevoir et maintenir la préforme fibreuse 28, ce maintien étant assuré par deux brides de serrage 34A, 34B disposées de part et d'autre de la préforme fibreuse et liées à celle-ci par des éléments de fixation, par exemple des boulons 36, et dont l'une est en outre fixée également au support 32. Pour que cette fixation soit plus efficiente avec la préforme fibreuse, les torons de celle-ci s'étendant aux deux extrémités destinées à recevoir les brides de serrage auront été avantageusement retirés sur une partie de l'épaisseur de la préforme fibreuse de sorte à créer une différence de hauteur sensible entre ces parties serrées d'extrémité et la partie médiane laissée libre. Pour une préforme fibreuse de forme générale parallélépipédique de 120mm de largeur et 140mm de longueur par exemple, on choisira typiquement une largeur de serrage de l'ordre de 20mm. Au niveau de l'une des deux extrémités de la préforme fibreuse recevant les brides, le support 32 est muni d'une rainure 32A pour recevoir une règle coulissante 38 dont la face supérieure 38A effleure la surface supérieure 32B du support 32 et qui est également fixée à la bride de serrage 34B par les moyens de fixation 36, de sorte que la préforme fibreuse 28 se retrouve à cette extrémité prise en sandwich entre cette bride de serrage 34B et la règle coulissante 38. La règle coulissante 38 comporte sur un de ses cotés latéraux 38B perpendiculaire à sa face supérieure 38A, pour en fixer la position par rapport au support 32, une pluralité de trous 40 traversant ou non et espacés d'un pas identique ou non, et dont de préférence deux d'entre eux disposés à deux extrémités opposées du support 32 sont destinés à recevoir deux goupilles 42A, 42B traversant également ce support 32 au niveau d'orifices 32C, 32D. Une fois en place, ces goupilles définissent un angle de décadrage déterminé et évitent en outre le soulèvement de la préforme fibreuse 28. La distance ou pas entre deux trous adjacents peut être identique (par exemple trous de 4mm de diamètre disposés tous les 6mm) correspondant à une variation décroissante de l'angle de décadrage ou non identique (distance entre trous croissante) correspondant à une variation déterminée de l'angle de décadrage (par exemple 3,5°), l'angle de décadrage étant dans tous les cas inférieur à un angle maximal dit de blocage (typiquement environ 35°) au-delà duquel la préforme fibreuse ne peut plus se déformer ou bien vient fortement à se gondoler (formation de vagues). La règle coulissante peut avantageusement être munie de graduations pour une lecture directe des angles de décadrage. En recourant à plusieurs règles coulissantes munies de trous espacés différemment (et donc avec un pas différent compris préférentiellement entre 1 et 5°, il est possible d'obtenir des angles de décadrage différents 2 99002 5 6 et donc d'assurer en quelque sorte des pré-réglages du dispositif d'essai différents en changeant simplement de règle. On pourra noter que le décadrage de la préforme fibreuse 28 peut être un décadrage des torons de trame vis à vis de la chaîne ou bien 5 inversement, selon la direction des brides de serrage 34A, 34B par rapport aux torons de la préforme fibreuse. Un premier exemple de réalisation du dispositif d'essai entièrement monté est illustré à la figure 3. Pour le maintien en position de la préforme fibreuse 28, il est prévu de comprimer celle-ci par un 10 couvercle de pression 44 sur une hauteur prédéterminée définie par deux cales d'épaisseur 46A, 46B placées sur le support 32 de part et d'autre des brides de serrage 34A, 34B maintenant la préforme fibreuse 28. En effet, ce réglage de l'épaisseur donnée à la préforme fibreuse définit le volume occupé par l'ensemble des torons et assure donc le dimensionnement du 15 taux de porosité (ou volume de fibres) souhaité. Avantageusement, un boulonnage 48 traversant les deux cales permet de les maintenir entre le support 32 et le couvercle de pression 44 munis chacun d'orifices correspondants 32E, 44A. Cette fermeture du dispositif d'essai est effectuée de préférence avec une clé dynamométrique pour garantir un 20 serrage uniforme sans détérioration du montage. Sur la figure 4 qui illustre un second mode de réalisation de l'invention, les cales 50A, 50B ne sont plus disposées de part et d'autre des brides de serrage 34A, 34B mais perpendiculairement à ces brides de part et d'autre de la préforme fibreuse 28. Cette configuration présente 25 l'avantage, au contraire de celle précédemment illustrée, d'éviter un démontage complet du couvercle de pression en cas de changement d'épaisseur des cales. Le dispositif d'essai dans sa configuration finale des figures 3 ou 4 est destiné à être introduit dans le tomographe de la figure 1 où il 30 repose par un de ces cotés latéraux sur le plateau tournant 16. En effet, la partie médiane de la préforme fibreuse 28 doit pouvoir se présenter en face du générateur à rayon X dans sa fenêtre d'acquisition. Selon le tomographe utilisé, le dispositif d'essai pourra être constitué ou non entièrement avec des pièces en matériau composite ou en résine ou 35 encore en une association des deux, c'est-à-dire y compris les moyens de fixations 36, 48 (sous réserve toutefois que les efforts de serrage à exercer sur la préforme soient suffisants pour la maintenir sans glissement - des moletages ou picots pourraient alors être prévus pour améliorer la grippe des moyens de fixation), ou seulement en partie avec au moins le support 32 et le couvercle de pression 44. Préalablement, il aura été procédé au réglage du taux de porosité par le choix de l'épaisseur des cales et à celui du décadrage par le positionnement de la règle coulissante à une valeur d'angle désirée. Une fois la porte du tomographe fermée, celui-ci est mis en route et donc prêt à effectuer une visualisation 3D de la préforme fibreuse. Cette visualisation in-situ tomographique va permettre de reconstruire par traitement d'image les chemins préférentiels d'écoulement de résine et des études d'impact vont alors pouvoir être menées sur les orientations des écoulements, les perméabilités, par exemple. Le traitement d'image par voxel permet en effet une reconstruction en 3D d'un maillage éléments finis de la texture fibreuse et donc permet par exemple de simuler au plus près l'écoulement d'un fluide dans la préforme. Avec le dispositif d'essai de l'invention, ces chemins préférentiels d'écoulements peuvent être visualisés sur la préforme pour différentes sollicitations mécaniques de type cisaillement et compression qui peuvent être exercées simultanément ou non. On notera que le dispositif d'essai peut aussi convenir pour l'examen de structures textiles 2D de type tissu ou nappe par exemple. Bien entendu, les modes de réalisation décrits précédemment ne sauraient être considérés comme limitatifs. Ainsi, le maintien en position de la règle coulissante 38 pourrait être obtenu autrement que par les goupilles 42A, 42B, par exemple par de simples moyens de serrage. De même, dans le premier mode de réalisation, les orifices 32E peuvent être décalés vers les bords du support 32 et les cales 42A, 42B dimensionnées en largeur pour éviter d'être traversées par les boulons de fermeture du dispositif d'essai. Cette invention trouve application dans toutes les pièces composites aéronautiques fabriquées par un tissage multicouches réalisé avec une armature interlock : aube de soufflante, aube de turbine céramique, carter, plate-forme, etc.35 REVENDICATIONS1. Dispositif d'essai pour la visualisation par tomographie des chemins préférentiels d'écoulement de résine dans une préforme fibreuse (28), ledit dispositif d'essai comportant un support (32) pour recevoir ladite préforme fibreuse, une première bride de serrage (34A) montée à une extrémité de ladite préforme fibreuse pour la fixer sur ledit support, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une règle (38) fixée par une seconde bride de serrage (34B) à une autre extrémité, opposée à ladite une extrémité, de ladite préforme fibreuse et pouvant coulisser dans une rainure (32A) dudit support de façon à définir un angle déterminé de décadrage pour ladite préforme fibreuse et un couvercle de pression (44) recouvrant et comprimant ladite préforme fibreuse jusqu'à une hauteur prédéterminée définie par des cales (46A, 46B; 50A, 50B) disposées sur ledit support de part et d'autre de ladite préforme fibreuse. 2. Dispositif d'essai selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite règle coulissante comporte une pluralité de trous (40) espacés d'un pas identique ou non et destinés à coopérer avec des orifices correspondant (32C, 32D) dudit support pour fixer la position de ladite règle coulissante. 3. Dispositif d'essai selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite règle coulissante définissant ledit angle de décadrage est maintenue en position par des goupilles (42A, 42B) traversant à la fois ledit support et lesdits trous. 4. Dispositif d'essai selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite règle coulissante comporte des graduations pour une lecture directe desdits angles de décadrage. 5. Dispositif d'essai selon la revendication 1, caractérisé en ce que au moins ledit support et ledit couvercle de pression sont constitués en un matériau présentant une densité au plus différente de 0,6 de celle de ladite préforme fibreuse. 6. Dispositif d'essai selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdites brides de serrage sont constitués en un matériau d'une densité sensiblement identique à ladite préforme fibreuse et sont fixées à ladite préforme fibreuse par des moyens de fixation (36) constitués aussi en un matériau présentant une densité au plus différente de 0,6 de celle de ladite préforme fibreuse. 7. Dispositif d'essai selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdites cales sont constitués en un matériau présentant une densité au plus différente de 0,6 de celle de ladite préforme fibreuse. 8. Dispositif d'essai selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite préforme fibreuse comporte une épaisseur moindre auxdites extrémités destinées à recevoir lesdites brides de serrage. 9. Dispositif d'essai selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le décadrage de ladite préforme fibreuse peut être un décadrage de torons de trame vis à vis de la chaîne ou bien inversement, selon la direction desdites brides de serrage par rapport aux torons de ladite préforme fibreuse. 10. Dispositif d'essai selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ladite préforme fibreuse est une structure tissée multicouches avec une armure de type interlock.