Brevet FR3081993A1 — publié le 20191206

La présente invention concerne le domaine des pièces en matériau composite, comprenant une matrice thermoplastique ou thermodurcissable renforcée de fibres, telle que des ferrures, par exemple. Elle a pour objet un procédé d'avertissement d'un risque de rupture ou de déformation d'une telle pièce composite en fonction de son utilisation, ainsi qu'une pièce en matériau composite comportant un système d'avertissement d'un risque de rupture ou de déformation. Les pièces composites présentent l'inconvénient d'un risque de rupture qu'il n'est pas possible de prévenir car elles se déforment très peu avant de casser, ce qui impose aujourd'hui un surdimensionnement conséquent de ces pièces pour qu'elles ne cassent qu'au-delà d'un effort ultime, bien supérieur aux efforts maximum de fonctionnement. De plus, pouvant être occasionnellement endommagées sans que cela soit visible, elles sont également surdimensionnées pour résister aux chargements de fonctionnement, ultimes et fatigues, même après endommagement. Il serait toutefois préférable en terme de poids et 20 économiquement, de rendre plus lisible l'endommagement de ces pièces composites, en étant en capacité de détecter préventivement un risque de rupture. La présente invention a donc pour objet d'atteindre ce but, au travers d'un procédé de fabrication d'une pièce composite, 25 ainsi que de la pièce composite obtenue. Selon l'invention, le procédé d'avertissement d'un risque de rupture ou de déformation d'une pièce en matériau composite lorsqu'elle est soumise à un effort, ladite pièce comprenant une matrice thermoplastique ou thermodurcissable renforcée de fibres, 30 et il se caractérise en ce qu'il consiste à : - arranger lesdites fibres en une structure en treillis obtenue par bobinage des fibres, imprégnées ou non de résine, sur des plots ou analogues, en sorte de tendre les fibres entre lesdits plots pour former des barres se 35 rejoignant en des noeuds, lesdites barres étant orientées de façon à être sollicitées en traction ou compression, 2 - concevoir au moins une partie de ladite pièce au travers d'au moins une barre dudit treillis et/ou d'au moins une barre supplémentaire créée à partir de noeuds supplémentaires et/ou d'un ou plusieurs noeuds dudit 5 treillis, dont l'emplacement et la résistance à la rupture sont déterminés en sorte d'une part qu'a son emplacement, lorsque la pièce subit un effort atteignant ou dépassant l'effort nominal, elle subisse un effort provoquant sa rupture, et que sa rupture ne soit pas préjudiciable à 10 l'intégrité en utilisation dudit treillis et donc de ladite pièce, d'autre part que ladite résistance à la rupture soit calibrée pour être d'une valeur supérieure à celle permettant de supporter une sollicitation optimale en utilisation de ladite pièce, tout en étant inférieure 15 à celle de sollicitation maximale de ladite pièce, et en ce que ladite partie de ladite pièce consiste en une portion identifiable extérieurement, et qui est conçue apte à subir une déformation lors de la rupture de ladite au moins une barre. Ainsi, selon l'invention, on crée une pièce composite de type à structure treillis, destinée à être soumise à des efforts, et qui comporte une partie, également soumise auxdits efforts, dont la structure treillis est d'une résistance à la rupture moindre que celle du reste du treillis, mais supérieure à la résistance souhaitée de la pièce composite et inférieure à la résistance maximale de cette dernière. De plus, cette partie de la pièce composite est identifiable, et la rupture de sa structure en génère une modification visible extérieurement, telle qu'une déformation. La déformation de la partie comprenant la au moins une barre dédiée à la mesure consiste ainsi le premier dommage constatable sur la pièce, celle-ci conservant son intégrité en fonctionnement nominal. Il est donc possible de détecter avant un risque de rupture 35 de la pièce composite, que celle-ci a été soumise à un effort supérieur à l'effort nominal. 3 Lors de la sollicitation de la pièce, la rupture constatée de la barre dédiée à la mesure est le signe d'une surcharge par rapport à une charge nominale. Le passage à ce seuil d'alerte pourra déclencher une action de prévention ou de maintenance. 5 La présente invention a également pour objet une pièce en matériau composite comportant un moyen d'avertissement d'un risque de rupture ou de déformation lorsqu'elle est soumise à un effort, ladite pièce en matériau composite comprenant une matrice thermoplastique ou thermodurcissable renforcée de fibres, qui se 10 caractérise en ce que lesdites fibres sont arrangées en une structure en treillis obtenue par bobinage de fibres, imprégnées ou non de résine, sur des plots ou analogues, en sorte de tendre les fibres entre lesdits plots pour former des barres se rejoignant en des noeuds, lesdites barres étant orientées de façon 15 à être sollicitées en traction ou compression, en ce que ladite pièce comporte au moins une partie qui incorpore au moins une barre dudit treillis et/ou au moins une barre supplémentaire créée à partir de noeuds supplémentaires et/ou d'un ou plusieurs noeuds dudit treillis, dite barre de mesure, dont 20 l'emplacement et la résistance à la rupture sont déterminés en sorte d'une part qu'a son emplacement, lorsque la pièce subit un effort atteignant ou dépassant l'effort nominal, elle subisse un effort provoquant sa rupture, et que sa rupture ne soit pas préjudiciable à l'intégrité en utilisation dudit treillis et donc 25 de ladite pièce, d'autre part que ladite résistance à la rupture soit calibrée pour être d'une valeur supérieure à celle permettant de supporter une sollicitation optimale en utilisation de ladite pièce, tout en étant inférieure à celle de sollicitation maximale de ladite pièce, 30 et, en ce que ladite partie consiste en une portion identifiable extérieurement, et qui est conçue apte à subir une déformation lors de la rupture de ladite au moins une barre. La moindre résistance à la rupture de la barre dédiée à la mesure peut être obtenue de différentes manières telles que, non 35 limitativement, une section réduite par rapport à celles des autres barres du treillis, une zone de fragilisation, donner à cette barre une forme initiale pour réduire sa tenue au flambage 4 en faisant passer l'enroulement sur un point de passage particulier par exemple, intégrer à cette barre une bobine intermédiaire dont la résistance est limitée en sorte qu'elle se rompe au-delà d'un certain effort exercé sur la barre. 5 Selon un mode de réalisation particulier, la barre de mesure comporte des fibres tendues et des fibres moins tendues, ces dernière étant aptes à autoriser un débattement augmenté de la pièce après rupture desdites fibres tendues. Selon un mode de réalisation particulier de la pièce en 10 matériau composite selon l'invention, la partie de ladite pièce destinée à l'identification de la rupture, comporte une structure primaire de treillis réalisée à partir d'une fibre de renforcement présentant un haut module et un faible taux d'allongement à rupture, ladite structure primaire étant associée à une structure 15 secondaire, concourante ou non avec ladite structure primaire et réalisée à partir de fibres de renforcement présentant un module plus faible, un allongement à rupture plus élevé et/ou une contrainte à rupture plus élevée que les fibres de ladite structure primaire. 20 La rupture de la structure primaire à un effort défini par le dimensionnement de la pièce entraîne un transfert du chemin d'effort vers la structure secondaire. Ce changement de chemin d'effort se traduit par une modification de la raideur globale, un allongement détectable et/ou des fissures visibles permettant 25 une détection du dommage subit par la pièce. Avantageusement, la structure secondaire pourra supporter une charge finale avant rupture plus importante que la structure primaire, de manière à assurer le bon fonctionnement de la pièce malgré le dommage subi. 30 Ainsi par exemple, dans une structure treillis réalisée à partir de fibres de carbone HM (haut module), la ou les barres dites de mesure sont doublées de fibres de carbone (HR) (haute résistance), en sorte d'obtenir une baisse de la raideur après la rupture des fibres HM, l'effort maximum final étant plus élevé que l'effort de première rupture, en utilisant des fibres HR présentant un allongement à rupture et des admissibles plus élevés que les fibres HM. 5 On notera que le doublage peut également être réalisé avec des fibres de verre de type S. Les avantages et les caractéristiques du procédé et de la pièce en matériau composite selon l'invention, ressortiront plus 5 clairement de la description qui suit et qui se rapporte au dessin annexé, lequel en représente un mode de réalisation non limitatif. Dans le dessin annexé : - la figure 1 représente une vue schématique en élévation d'une pièce en matériau composite relative au domaine de 10 l'invention, équipée d'un moyen d'avertissement d'un risque de rupture ou de déformation selon l'invention. - la figure 2 représente la même pièce en matériau composite équipée d'une variante du moyen d'avertissement d'un risque de rupture ou de déformation selon l'invention. 15 En référence à la figure 1, on peut voir une pièce 1 en matériau composite selon l'invention. Cette pièce composite 1 utilisée pour illustrer non limitativement la présente invention, consiste en une potence, propre à supporter des sollicitations mécaniques S lors de son utilisation, et comprenant un élément 20 vertical 10 et un élément horizontal 11. La pièce composite 1 comprend une matrice thermoplastique ou thermodurcissable 2 renforcée de fibres qui sont arrangées en une structure en treillis 3 constituée de l'enroulement filamentaire, selon un parcours judicieusement choisi autour de bobines ou 25 poulies pour former les noeuds 30 du treillis 3, tandis que les parties rectilignes s'étendant entre les noeuds 30 constituent des barres 31. Les fibres peuvent être préalablement enduites d'une résine thermoplastique ou thermodurcissable en fonction de la nature de la matrice de moulage final. 30 La préforme constituée du treillis 3 est ensuite intégrée à la matrice 2 pour bloquer les déformations transverses des fibres, soit par trempage dans un bain de matériau constituant la matrice, à une température permettant de présenter une viscosité suffisante pour couvrir le treillis de fibres 3, soit par moulage dans un 35 moule, le volume de comblement de la pièce étant injecté en complément du treillis 3 préalablement disposé dans le moule. 6 Selon l'invention, la pièce composite 1 comporte une partie 4, identifiable extérieurement, comprenant une barre 32 du treillis 3, s'arcboutant comme une étai entre un noeud 30 de l'élément vertical 10 et un noeud 30 de l'élément horizontal 11. 5 La barre 32 est positionnée pour ne pas participer à la résistance de la pièce 1 lorsque celle-ci est soumise à un effort, en sorte qu'en cas de rupture, l'intégrité de la pièce 1 soit intacte. Elle est configurée pour présenter une résistance à la rupture d'une valeur supérieure à celle permettant de supporter 10 une sollicitation optimale en utilisation de la pièce 10, tout en étant inférieure à celle de sollicitation maximale de cette pièce 10. Ainsi, la rupture de la barre 32, amenant à la déformation ou la rupture de la partie 4 de la pièce 1, visible extérieurement, 15 permet de détecter que la pièce 1 a été ou est soumise à un effort supérieur à celui nominal requis. En référence à la figure 2, on peut voir une variante, où la partie 4 de la pièce 1 est parcourue par une portion du treillis 3, comprenant une barre 33 s'étendant entre un noeud 30 de l'élément 20 vertical 10 et un noeud 30 de l'élément horizontal 11, et présentant dans une portion médiane, un enroulement sur une bobine 34, dont la résistance à l'écrasement, sous l'effet d'une traction, est calibrée pour rompre lorsque la pièce 1 est soumise à un effort supérieur à l'effort REVENDICATIONS1) Procédé d'avertissement d'un risque de rupture ou de déformation d'une pièce (1) en matériau composite lorsqu'elle est soumise à un effort, ladite pièce comprenant une matrice thermoplastique ou thermodurcissable renforcée de fibres, caractérisé en ce qu'il consiste à : - arranger lesdites fibres en une structure en treillis (3) obtenue par bobinage des fibres, imprégnées ou non de résine, sur des plots ou analogues (30), en sorte de tendre les fibres entre lesdits plots pour former des barres (31) se rejoignant en des noeuds, lesdites barres étant orientées de façon à être sollicitées en traction ou compression, concevoir au moins une partie (4) de ladite pièce au travers d'au moins une barre dudit treillis et/ou d'au moins une barre supplémentaire (32 ; 33) créée à partir de noeuds supplémentaires (34) et/ou d'un ou plusieurs noeuds dudit treillis, dont l'emplacement et la résistance à la rupture sont déterminés en sorte d'une part qu'a son emplacement, lorsque la pièce subit un effort atteignant ou dépassant l'effort nominal, elle subisse un effort provoquant sa rupture, et que sa rupture ne soit pas préjudiciable à l'intégrité en utilisation dudit treillis et donc de ladite pièce, d'autre part que ladite résistance à la rupture soit calibrée pour être d'une valeur supérieure à celle permettant de supporter une sollicitation optimale en utilisation de ladite pièce, tout en étant inférieure à celle de sollicitation maximale de ladite pièce, et en ce que ladite partie de ladite pièce consiste en une 30 portion identifiable extérieurement, et qui est conçue apte à subir une déformation lors de la rupture de ladite au moins une barre. 2) Pièce en matériau composite comportant un moyen d'avertissement d'un risque de rupture ou de déformation 35 lorsqu'elle est soumise à un effort, ladite pièce en matériau 8 composite comprenant une matrice thermoplastique ou thermodurcissable renforcée de fibres, caractérisée en ce que lesdites fibres sont arrangées en une structure en treillis obtenue par bobinage de fibres, imprégnées ou non de résine, sur 5 des plots ou analogues, en sorte de tendre les fibres entre lesdits plots pour former des barres se rejoignant en des noeuds, lesdites barres étant orientées de façon à être sollicitées en traction ou compression, en ce que ladite pièce comporte au moins une partie qui 10 incorpore au moins une barre dudit treillis et/ou au moins une barre supplémentaire créée à partir de noeuds supplémentaires et/ou d'un ou plusieurs noeuds dudit treillis, dite barre de mesure, dont l'emplacement et la résistance à la rupture sont déterminés en sorte, d'une part, qu'à son emplacement, lorsque la pièce subit 15 un effort atteignant ou dépassant l'effort nominal, elle subisse un effort provoquant sa rupture, et que sa rupture ne soit pas préjudiciable à l'intégrité en utilisation dudit treillis et donc de ladite pièce, d'autre part, que ladite résistance à la rupture soit calibrée pour être d'une valeur supérieure à celle permettant 20 de supporter une sollicitation optimale en utilisation de ladite pièce, tout en étant inférieure à celle de sollicitation maximale de ladite pièce, et, en ce que ladite partie consiste en une portion identifiable extérieurement, et qui est conçue apte à subir une 25 déformation lors de la rupture de ladite au moins une barre. 3) Pièce en matériau composite selon la revendication 2, caractérisée en ce que la barre de mesure présente une section réduite par rapport à celles des autres barres de la structure treillis. 4) Pièce en matériau composite selon la revendication 2, caractérisée en ce que la barre de mesure présente une zone de fragilisation. 5) Pièce en matériau composite selon la revendication 4, caractérisée en ce que la zone de fragilisation consiste en un 35 enroulement sur une bobine dont la résistance est limitée. 9 6) Pièce en matériau composite selon la revendication 2, caractérisée en ce que la barre de mesure comporte des fibres tendues et des fibres moins tendues, ces dernière étant aptes à autoriser un débattement augmenté de la pièce après rupture 5 desdites fibres tendues. 7) Pièce en matériau composite selon la revendication 2, caractérisée en ce que la partie de ladite pièce destinée à l'identification de la rupture, comporte une structure primaire de treillis réalisée à partir d'une fibre de renforcement 10 présentant un haut module et un faible taux d'allongement à rupture, ladite structure primaire étant associée à une structure secondaire, concourante ou non avec ladite structure primaire et réalisée à partir de fibres de renforcement présentant un module plus faible, un allongement à rupture plus élevé et/ou une 15 contrainte à rupture plus élevée que les fibres de ladite structure primaire.