Brevet FR2982841A1 — publié le 20130524

PROCÉDÉ D'ECLISSAGE EN DOUBLE CISAILLEMENT ET ASSEMBLAGE VOILURE -FUSELAGE DE MISE EN OEUVRE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE [0001] L'invention se rapporte à un procédé d'assemblage d'éléments par éclissage en double cisaillement, ainsi qu'à sa mise en oeuvre dans un assemblage voilure - fuselage d'un avion. [0002]Un assemblage par éclissage en double cisaillement permet de transmettre des efforts mécaniques importants d'une pièce à une autre. Un tel assemblage se compose de deux éclisses, agencées et fixées de part et d'autre des deux pièces sensiblement planes, par exemple deux panneaux, mises en jonction de manière adjacente ou juxtaposée. L'effort à transférer est donc réparti entre les deux éclisses. Le taux de transfert d'effort de chaque éclisse est fonction de sa rigidité, ainsi que de l'influence d'un angle - formant alors un dièdre - à prévoir au niveau de la jonction entre les pièces en fonction de la configuration. [0003]Les pièces à assembler peuvent être constituées d'un même matériau ou de matériaux différents, par exemple en matériau métallique ou composite. [0004] Le procédé d'éclissage selon l'invention s'applique notamment en aéronautique, en particulier pour réaliser la liaison entre la voilure et le fuselage d'un avion. L'assemblage selon l'invention peut aussi être utilisé dans le domaine spatial, par exemple pour assembler différents tronçons d'un engin spatial, sans affecter l'état de surfaces des panneaux à assembler ni les propriétés aérodynamiques de l'assemblage. ETAT DE LA TECHNIQUE [0005]Chaque éclisse est habituellement reliée à chaque pièce à assembler par des éléments de fixation tels que des rivets, des vis, des boulons, etc. Cette technique d'assemblage est notamment utilisée en aéronautique, par exemple pour réaliser les jonctions entre voilure et fuselage, ou entre des portions de voilure ou de fuselage. [0006]Les éclisses sont calculées avec une marge minimale afin de diminuer leur dimensionnement, et la masse de chacune d'elle. Cependant, la marge de sécurité d'une structure, qui se traduit par un coefficient communément appelé RF (« Reserve Factor » en terminologie anglaise), ne permet pas de diminuer la marge jusqu'à obtenir un RF proche ou égal à 1. Un RF égal à 1 signifie que la marge est minimale. Un RF supérieur à 1 signifie que la structure présente des marges dans son dimensionnement. EXPOSÉ DE L'INVENTION [0007] L'invention vise à diminuer la masse de la jonction en travaillant sur la redistribution d'effort globale entre les deux éclisses. A cette fin, l'invention prévoit un dimensionnement particulier et des densités différentes pour les éclisses. [0008]Plus précisément, la présente invention a pour objet un procédé d'éclissage en double cisaillement de deux panneaux par deux éclisses de densités différentes. Le procédé consiste à se placer sur une répartition en masse des éclisses pour laquelle le facteur de réserve de chaque éclisse reste au minimum, puis à optimiser le taux de transfert d'effort global de l'éclissage en augmentant le taux de transfert d'effort de l'éclisse de plus faible densité par surdimensionnement de cette éclisse par rapport à l'éclisse de plus forte densité de sorte que la masse totale de l'éclissage soit au minimum. [0009]Ainsi, l'éclisse de plus haute densité est moins chargée et est allégée d'autant. [0010]Avantageusement, les éclisses présentent une différence de densité telle que la ligne neutre de transfert d'effort subisse un déport suffisamment modéré sur l'éclisse de plus faible densité pour que le bilan en masse reste positif par rapport à un éclissage non surdimensionné. Un déport de ligne neutre trop important entraînerait une pénalité en masse importante pour s'assurer de marges suffisantes dans l'éclissage. 2 982 84 1 3 [0011]Afin de favoriser encore le bilan en masse, le matériau de l'éclisse de plus faible densité peut être choisi de sorte à présenter une rigidité supérieure à celui de plus haute densité. En particulier, la rigidité d'une éclisse en matériau composite est maximisée en orientant les fibres dans le sens des efforts. 5 [0012] L'invention se rapporte également à un assemblage de deux panneaux joints par le procédé d'éclissage précédent, en particulier pour la jonction voilure - fuselage d'un avion. L'assemblage comporte deux panneaux pouvant former un dièdre d'angle compris entre 0 et 25°. Les panneaux sont joints par deux éclisses en double cisaillement, une éclisse rentrante (d'angle inférieur à 10 180°) et une éclisse saillante (d'angle supérieure à 180°) de plus faible densité. La masse de l'éclisse de plus faible densité est relativement augmentée et celle de l'éclisse de plus forte densité relativement diminuée par rapport à la répartition en masse correspondant à une répartition fournissant un RF global égal à 1, de sorte que la masse globale des éclisses est minimisée. 15 [0013]Selon certains modes de réalisation préférés : - l'éclisse de plus forte densité est constituée d'un alliage métallique et celle de plus faible densité d'un matériau composite orienté ; - le taux de transfert d'effort passant dans l'éclisse métallique est sensiblement compris entre 40 et 50% et celui passant dans l'éclisse en matériau 20 composite orienté est alors sensiblement compris entre 60 et 50%; PRÉSENTATION DES FIGURES [0014]D'autres données, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description non limitée qui suit, en 25 référence aux figures annexées qui représentent, respectivement : - la figure 1, un schéma d'assemblage de deux panneaux sans formation de dièdre (angle de 0°) avec une éclisse en alliage métallique et une éclisse en matériau composite ; - la figure 2, un diagramme du taux de transfert d'effort passant dans 30 l'éclisse métallique de la figure 1 en fonction de la variation en masse de chaque éclisse et de l'ensemble des deux éclisses ; - la figure 3, un schéma d'assemblage de deux panneaux formant un dièdre d'angle égal à 15° avec une éclisse rentrante en alliage métallique et une éclisse saillante en matériau composite, et - la figure 4, un diagramme du taux de transfert d'effort passant dans l'éclisse métallique de la figure 3 en fonction de la variation en masse de chaque éclisse et de l'ensemble des deux éclisses. DESCRIPTION DÉTAILLÉE [0015] En référence au schéma de la figure 1, les deux panneaux 1 et 2 sont adjacents et s'étendent sensiblement dans un même plan P sans former de dièdre. Les éclisses sont solidarisées aux panneaux par des rivets 5. Les matériaux utilisés pour les panneaux sont des matériaux métalliques ou composites. [0016]L'éclisse 3 est en alliage métallique, en alliage d'aluminium dans l'exemple, et l'éclisse 4 est en matériau composite orienté à fibres de carbone. Un tel matériau est typiquement constitué de 50% de plis dans la direction 0°, direction longitudinale de l'éclisse (parallèle aux efforts introduits dans l'éclisse), 10% de plis dans la direction 90°, direction transverse de l'éclisse (perpendiculaire aux efforts), et 20% dans les directions +/-45°. Ce drapage est alors appelé drapage 50/20/20/10. Les éclisses 3 et 4 présentent des épaisseurs e3 et e4 constantes, mais des densités différentes, respectivement égale à 2.8 pour un matériau à base d'aluminium et à 1,6 pour un matériau composite en fibre de carbone. [0017]Par effet du module d'Young des matériaux utilisés, les éclisses 3 et 4 ne présentent pas le même taux de transfert d'effort. La répartition du taux global entre des éclisses 3 et 4 dans une configuration initiale de référence - pour laquelle les RF des éclisses sont minimaux - est de 60/40%. La ligne neutre d'effort 10, représentée en traits pointillés, passe entre les éclisses. [0018]Dans l'exemple, et selon l'invention, l'épaisseur e4 de l'éclisse composite 4 est augmentée au regard d'une configuration d'éclisses initiale : l'effort passant par l'éclisse métallique 3 est alors diminué, malgré le déport de la ligne neutre d'effort 10 dans l'éclisse 4. Parallèlement, l'éclisse composite orientée 4 reprend plus d'effort. L'épaisseur de l'éclisse 3 est alors diminuée, si bien que le bilan en masse est globalement plus favorable - avec une masse globale d'éclissage plus faible - que la configuration initiale. [0019]La masse globale des éclisses est ainsi minimisée, tout en conservant le RF global minimal, par une répartition optimisée des taux d'effort entre les éclisses. Le diagramme de la figure 2 montre plus précisément la détermination d'une telle répartition d'effort optimisée pour l'éclissage selon la figure 1. [0020] Dans ce diagramme, les courbes illustrent la variation du taux de transfert d'effort Te de l'éclisse métallique 3 en fonction des variations en pourcentages d'une masse de référence pour chaque éclisse 3 (courbe C3) et 4 (courbe C4), ainsi que pour la masse de l'éclissage formé par les deux éclisses (courbe Ce). Ces courbes sont établies pour des RF minimalisés en marge, les RF correspondant à des facteurs de réserve mesurant la capacité maximale d'éclissage se rapportant à l'effort appliqué. Dans l'exemple, le dimensionnement utilisé initialement correspond à une contrainte admissible de 120 MPa pour l'éclisse métallique et de 160 MPa pour l'éclisse composite orientée. La contrainte admissible est définie comme la contrainte maximale pouvant être reprise par la structure à marge nulle. [0021]Un taux de transfert Tel de 60/40 pour l'éclissage alliage d'aluminium / matériau composite correspond à un dimensionnement initial des éclisses dans la configuration de référence. A ce taux Tel les RF minimaux sont égaux à 1. En se déplaçant vers une contribution supérieure de l'éclisse composite (flèche F1) par une augmentation de son épaisseur, on atteint un taux Te2 de 40/60 pour une masse globale minimale (courbe Ce au minimum). La masse globale minimale M définit la masse de référence. [0022]A ce taux Te2 de 40/60, l'éclisse composite reprend 60% d'effort avec un RF minimum égal à 1,3, soit un gain de 30% de marge supplémentaire. La masse et donc l'épaisseur de l'éclisse composite orientée sont augmentées (courbe C4) alors que celles de l'éclisse en alliage d'aluminium sont sensiblement diminuées (courbe C3). Le gain global en masse est d'environ 7% par rapport à un dimensionnement classique uniquement conditionné par des marges minimales (taux Tel ). [0023] Dans le cas où la configuration d'assemblage des panneaux 1 et 2 nécessite la présence d'un dièdre, par exemple à la jonction voilure - fuselage d'un avion, l'éclissage présente un dièdre 20 tel qu'illustré par le schéma de la figure 3. Sur cette figure, les panneaux 1, 2 et chaque éclisse 3,4 forment un angle « A » sensiblement égal à 15°. Les éclisses 3 et 4 sont constituées par les mêmes matériaux que dans l'exemple précédent. L'assemblage est solidarisé par des rivets 5. [0024] Par effet du dièdre 20 et du module d'Young des matériaux utilisés, les éclisses 3 et 4 ne présentent pas le même taux de transfert d'effort. Le taux global des éclisses 3 et 4 dans la configuration de référence - pour laquelle les RF des éclisses sont minimisés à 1 - est alors de 68/32%. Comme dans l'exemple précédent, la ligne neutre d'effort 11, représentée en traits pointillés, passe entre les éclisses lorsque celles-ci sont dans la configuration initiale. [0025] L'épaisseur e4 de l'éclisse composite 4 est alors augmentée au regard de la configuration d'éclisses initiale de référence : l'effort passant par l'éclisse métallique 3 est diminué, malgré le déport de la ligne neutre d'effort 11 dans l'éclisse 4 (flèche F1). L'épaisseur de l'éclisse 3 est alors diminuée, si bien que le bilan en masse est globalement encore plus favorable que dans l'exemple précédent, comme illustré par la détermination des taux de transfert à partir du diagramme de la figure 4. [0026]A l'instar du diagramme de la figure 2, les courbes du diagramme de la figure 4 illustrent la variation du taux de transfert d'effort Te de l'éclisse métallique 3 en fonction des variations d'épaisseur et donc de masse de chaque éclisse 3 (courbe C'3) et 4 (courbe C'4), ainsi que de la masse de l'éclissage formé par les deux éclisses (courbe C'e). Les courbes sont établies dans les mêmes conditions que précédemment. [0027] Un taux de transfert Te3 de 68/32 pour l'éclissage alliage de métal 30 / matériau composite correspond au dimensionnement initial des éclisses. A ce taux Te3 les RF sont égaux à 1. En se déplaçant vers la masse d'éclissage minimale (flèche F2), on atteint un taux Te4 de 48/52 pour lequel l'éclisse composite reprend 52% d'effort avec un RF minimisé égal à 1,3, soit un gain de 30% de marge supplémentaire. [0028]A ce taux Te4, la masse et donc l'épaisseur de l'éclisse composite orientée sont augmentées (courbe C'4) alors que celles de l'éclisse en alliage de titane sont sensiblement diminuées (courbe C'3). Le gain global en masse est d'environ 8% par rapport à un dimensionnement classique (taux Te3). [0029] L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés. Ainsi, l'invention n'est pas limitée à l'assemblage de panneaux de voilure et de fuselage mais peut s'appliquer par exemple à la jonction de tronçons de fuselage ou de voilure. REVENDICATIONS1. Procédé d'éclissage en double cisaillement de deux panneaux (1, 2) par deux éclisses (3, 4) de densités différentes, caractérisé en ce qu'il consiste à se placer sur une répartition en masse des éclisses (3, 4) pour laquelle le facteur de réserve (RF) de chaque éclisse (3, 4) reste au minimum, puis à optimiser le taux de transfert d'effort global de l'éclissage en augmentant le taux de transfert d'effort de l'éclisse (4) de plus faible densité par surdimensionnement de cette éclisse (4) par rapport à l'éclisse de plus forte densité (3) de sorte que la masse totale (Ce) de l'éclissage (3, 4) soit au minimum (Te2, Te4). 2. Procédé d'éclissage selon la revendication 1, dans lequel les éclisses (3, 4) présentent une différence de densité telle que la ligne neutre de transfert d'effort (10, 11) subisse un déport suffisamment modéré sur l'éclisse de plus faible densité (4) pour que le bilan en masse reste positif par rapport à un éclissage non surdimensionné. 3. Procédé d'éclissage selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le matériau de l'éclisse de plus faible densité (4) est choisi de sorte à présenter une rigidité supérieure à celui de plus haute densité. 4. Assemblage comportant deux panneaux (1, 2) pouvant former un dièdre (20), caractérisé en ce que les panneaux (1, 2) sont joints par deux éclisses (3, 4) en double cisaillement, une éclisse rentrante (3) et une éclisse saillante (4) de plus faible densité, et en ce que la masse de l'éclisse de plus faible densité (4) est relativement augmentée et celle de l'éclisse de plus forte densité (3) relativement diminuée par rapport à la répartition en masse correspondant à une répartition fournissant un facteur RF global égal à 1, de sorte que la masse globale des éclisses est minimisée tout en conservant des taux de transfert d'effort (Te3, Te4) fournissant un RF global minimal. 5. Assemblage selon la revendication précédente, dans lequel l'éclisse de plus forte densité (3) est constituée d'un alliage métallique et celle de plus faible densité (4) d'un matériau composite, en particulier orienté dans le sens des efforts. 6. Assemblage selon la revendication précédente, dans lequel le taux de transfert d'effort (Te) passant dans l'éclisse métallique (3) est sensiblement compris entre 40 et 50% et celui passant dans l'éclisse en matériau composite orienté (4) est alors sensiblement compris entre 60 et 50%. 7. Assemblage selon l'une quelconque des revendications 4 à 6 destiné à la jonction voilure - fuselage d'un avion, dans lequel un panneau (1) provient de la voilure d'un avion et un panneau (2) provient du fuselage, les panneaux formant un dièdre (20) d'angle (A) compris entre 0 et 20°.10