FR2951400A1 - Composite material structural part for use in e.g. floor pan of aircraft industry, has reinforcement ply provided between two one-way oriented fiber plies layers, and arranged in regular way on thickness of structural part between layers - Google Patents

Composite material structural part for use in e.g. floor pan of aircraft industry, has reinforcement ply provided between two one-way oriented fiber plies layers, and arranged in regular way on thickness of structural part between layers Download PDF

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Abstract

The structural part has a reinforcement ply (2) provided between two one-way oriented fiber plies layers (3), where the ply is composed of a fiber (10) describing a spiral trajectory that is concentric with respect to a center of a hole (4). The ply is arranged in a regular way on thickness of the structural part between two layers. External diameter of a reinforcement is defined so that the ply and the adjacent plies are in stack to form a covering zone (ZR) and to realize a connection zone between a one-way ply zone and a reinforcement ply zone. An independent claim is also included for a method for realizing a composite material structural part.

Description

Pièce structurale en matériau composite renforcée localement et procédé de réalisation d'une telle pièce Structural component made of locally reinforced composite material and method for producing such a component

La présente invention concerne une pièce structurale en matériau composite renforcée localement autour d'un trou ou d'une ouverture ainsi qu'un procédé de réalisation d'une telle pièce structurale. Les pièces structurales en matériau composite présentent des propriétés, notamment mécaniques, pour une masse minimale. Ces structures sont donc largement mises en oeuvre dans l'industrie aéronautique (trappes, planchers, bords d'attaque, ailerons, cloisons intérieures, structures primaires, etc.). Une pièce en matériau composite est constituée d'un empilement de plis, chaque pli comportant des fibres longues s'étendant sensiblement parallèlement les unes aux autres selon des directions longitudinales. Ainsi ces structures présentent de très hautes caractéristiques mécaniques vis à vis des chargements dans le sens de la traction ou de la compression, c'est-à-dire longitudinalement. The present invention relates to a structural part made of locally reinforced composite material around a hole or opening and a method for producing such a structural part. Structural parts made of composite material have properties, including mechanical properties, for a minimum mass. These structures are therefore widely used in the aerospace industry (hatches, floors, leading edges, fins, interior partitions, primary structures, etc.). A piece of composite material consists of a stack of folds, each fold comprising long fibers extending substantially parallel to each other in longitudinal directions. Thus, these structures have very high mechanical properties with respect to loads in the direction of traction or compression, that is to say longitudinally.

Le nombre de plis d'une pièce structurale est déterminé, en chaque point de la pièce, en fonction des contraintes que doit subir en service ladite pièce. Déterminer le nombre de plis, le type de fibres utilisé, le type de résine utilisé, la disposition et l'orientation des fibres des différents plis relève de la conception continue des pièces structurales en matériaux composite. Ainsi l'épaisseur structurale d'une pièce en matériau composite résulte de l'empilement des plis structuraux et de la résine. Cette pièce en matériau composite est obtenue par des techniques de drapage de fibres sèches ou pré-imprégnées suivies d'un procédé d'injection de résine ou d'une cuisson de consolidation en autoclave. The number of plies of a structural part is determined, at each point of the part, according to the stresses that must undergo in service said part. Determining the number of plies, the type of fibers used, the type of resin used, the arrangement and the orientation of the fibers of the different plies is a matter of continuous design of structural parts made of composite materials. Thus the structural thickness of a composite material part results from the stacking of the structural folds and the resin. This piece of composite material is obtained by dry or pre-impregnated fiber draping techniques followed by a resin injection process or consolidation consolidation in an autoclave.

Les pièces en matériaux composites encaissent des sollicitations essentiellement longitudinales. Cependant, ces pièces peuvent comporter des trous qui sont des grosses ouvertures ayant un diamètre de l'ordre de 10 cm. Parts made of composite materials receive mainly longitudinal stresses. However, these parts may have holes that are large openings having a diameter of about 10 cm.

Ces trous peuvent être des trous de visites présents sur diverses zones de la structure primaire d'un avion (mât réacteur, voilure, poutre centrale, etc.) permettant le montage et la maintenance d'éléments dans une zone formée de caisson. La présence de ces trous génère une concentration locale de contraintes qui pourrait dégrader les propriétés mécaniques de la pièce en matériau composite. Dans le cas des chapes sur divers noeuds structuraux de la structure primaire qui comportent des trous destinés à recevoir un axe, on rencontre également ce même problème de concentration d'efforts due à l'insertion de l'axe dans le trou qui pourrait réduire la tenue mécanique des chapes. La figure 5 illustre un exemple d'une telle pièce structurale ayant une partie primaire sensiblement plane et une extrémité comportant des moyens de fixations à une structure métallique. Ces moyens de fixations correspondent à une paire de chapes femelles en matériau composite pourvues d'un trou apte à permettre la mise en place d'un axe. Pour palier à ce problème de perte de tenue mécanique, la solution classique consiste à surdimensionner la pièce en augmentant l'épaisseur de la pièce, à savoir le nombre de plis structuraux. Or cette surépaisseur génère des pénalités en terme de masse mais également en terme de coût de fabrication. L'objectif de la présente invention est donc de proposer une nouvelle pièce structurale en matériau composite comprenant des trous remédiant aux inconvénients mentionnés ci-dessus, en intégrant des renforts structuraux optimisés au niveau des trous pour améliorer la tenue mécanique tout en présentant une masse minimale et permettant de réaliser l'assemblage d'un panneau sur un support sans endommager ce panneau. Un autre objectif est de proposer un procédé de réalisation d'une telle pièce structurale simple et économe. A cet effet, l'invention concerne une pièce structurale en matériau 30 composite comprenant au moins un trou, ladite pièce étant composée d'un empilement de plis de fibres. Selon l'invention, entre deux couches de plis de fibres unidirectionnelles orientées, elle comprend un pli de renfort composé d'une fibre décrivant une trajectoire spirale, ladite spirale étant sensiblement concentrique par rapport au centre dudit trou, chaque spire étant positionnée accolée bord à bord avec la suivante. On entend par couche de plis une succession de plis de fibres unidirectionnelles orientées. These holes may be visit holes present in various areas of the primary structure of an aircraft (engine mast, wing, central beam, etc.) for mounting and maintenance of elements in a box-shaped area. The presence of these holes generates a local concentration of stresses that could degrade the mechanical properties of the composite material part. In the case of the clevises on various structural nodes of the primary structure which comprise holes intended to receive an axis, one also meets this same problem of concentration of forces due to the insertion of the axis in the hole which could reduce the mechanical resistance of the screeds. FIG. 5 illustrates an example of such a structural part having a substantially flat primary portion and an end comprising fastening means to a metal structure. These fastening means correspond to a pair of composite female clevises provided with a hole adapted to allow the establishment of an axis. To overcome this problem of loss of mechanical strength, the conventional solution is to oversize the part by increasing the thickness of the part, namely the number of structural folds. However this extra thickness generates penalties in terms of mass but also in terms of manufacturing cost. The objective of the present invention is therefore to provide a new composite material structural part comprising holes overcoming the drawbacks mentioned above, by integrating optimized structural reinforcements at the holes to improve the mechanical strength while having a minimum mass and allowing the assembly of a panel on a support without damaging this panel. Another objective is to propose a method of producing such a simple and economical structural part. For this purpose, the invention relates to a structural part made of composite material comprising at least one hole, said part being composed of a stack of fiber folds. According to the invention, between two layers of oriented unidirectional fiber plies, it comprises a reinforcing ply composed of a fiber describing a spiral trajectory, said spiral being substantially concentric with respect to the center of said hole, each turn being positioned contiguous edge to edge with the next. Fold layer means a succession of oriented unidirectional fiber folds.

On comprend aisément que ces renforts, ainsi constitués de fibres quasi-tangentes à l'axe du trou, améliorent considérablement la tenue mécanique de la pièce, à la périphérie du trou. Avantageusement, ces plis de renfort sont agencés de manière régulière sur l'épaisseur de la structure entre deux couches de plis de fibres unidirectionnelles orientées de sorte à conserver la symétrie d'orientation des fibres de l'empilement. Avantageusement, le diamètre extérieur De de ces plis de renfort est défini de sorte que le pli de renfort et les plis adjacents dans l'empilement forment une zone de recouvrement pour réaliser une zone de liaison entre la zone de plis unidirectionnels et la zone de plis de renfort. Dans une forme préférée de réalisation, le diamètre extérieur de ces plis de renfort décroît de manière progressive lorsque l'on s'éloigne de la base de l'empilement. Dans une forme particulière de réalisation de l'invention, la fibre décrivant une spirale forme une surface circulaire. Bien entendu, cette spirale peut former d'autres formes de surfaces géométriques suivant la forme du trou. A titre d'exemple, la forme de la spirale peut être ovale ou oblongue. Avantageusement, cette pièce structurale en matériau composite peut former un panneau en matériau composite comprenant au moins un trou de visite qui permet le montage et la maintenance. Elle peut former également une chape comportant un trou destiné à l'assemblage de cette chape sur une structure ou sur une autre chape par un moyen de fixation classique tel qu'un axe. L'invention concerne également un procédé de réalisation d'une pièce structurale en matériau composite comprenant au moins un trou telle que définie ci-dessus, ledit procédé comprenant une phase de réalisation d'un empilement de plis de fibres, une phase de consolidation de l'empilement visant à solidariser les fibres des différents plis par polymérisation de la résine pour obtenir ladite pièce, suivie d'une phase d'alésage pour réaliser ledit trou. It is easy to understand that these reinforcements, thus made up of fibers quasi-tangent to the axis of the hole, considerably improve the mechanical strength of the part, at the periphery of the hole. Advantageously, these reinforcing plies are arranged in a regular manner on the thickness of the structure between two layers of unidirectional fiber folds oriented so as to maintain the orientation symmetry of the fibers of the stack. Advantageously, the outer diameter De of these reinforcing folds is defined so that the reinforcing fold and the adjacent folds in the stack form a covering zone to form a connection zone between the unidirectional fold zone and the fold zone. reinforcement. In a preferred embodiment, the outer diameter of these reinforcing plies decreases progressively as one moves away from the base of the stack. In a particular embodiment of the invention, the fiber describing a spiral forms a circular surface. Of course, this spiral can form other shapes of geometric surfaces according to the shape of the hole. For example, the shape of the spiral may be oval or oblong. Advantageously, this structural component of composite material can form a panel of composite material comprising at least one access hole which allows mounting and maintenance. It may also form a yoke having a hole for assembling this yoke on a structure or on another yoke by a conventional fastening means such as an axis. The invention also relates to a method for producing a structural part made of composite material comprising at least one hole as defined above, said method comprising a phase of producing a stack of fiber folds, a consolidation phase of the stack for securing the fibers of the various plies by polymerization of the resin to obtain said part, followed by a boring phase to achieve said hole.

Selon l'invention, pendant la phase de réalisation de l'empilement de plis, entre deux couches de plis de fibres unidirectionnelles orientées, on dépose des plis de renfort sous forme d'une fibre décrivant une trajectoire spirale et de manière concentrique par rapport au centre dudit trou, chaque spire étant déposée accolée bord à bord avec la suivante. Selon une forme de réalisation de l'invention, les plis de fibres unidirectionnelles orientées et les plis de renforts sont formés par des fibres pré-imprgnées de résine Selon une autre forme de réalisation de l'invention, les plis de fibres unidirectionnelles orientées et les plis de renforts étant formés par des fibres sèches, le procédé comporte en outre une phase d'imprégnation de résine desdits plis avant la phase de consolidation. La résine utilisée ou matrice qui sert à maintenir les fibres ensemble peut être de type thermoplastique, thermodurcissable ou un mélange des deux. Dans un mode de réalisation de l'invention, on dépose la fibre dudit pli de renfort sous forme d'une spirale pleine. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, on dépose la fibre dudit pli de renfort sous forme d'une spirale formant un orifice en son centre, le diamètre intérieur Di dudit orifice étant sensiblement inférieur au diamètre dudit trou. L'invention sera décrite plus en détail en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 représente schématiquement une vue de profil d'un empilement de plis formant un panneau en matériau composite selon l'invention avec une vue agrandie montrant un pli de renfort; - la figure 2 est une représentation schématique du panneau comportant un trou ; - la figure 3 représente un exemple de séquence de plis formant le panneau en matériau composite de la figure 1 ; - la figure 4 est une représentation schématique de profil d'un empilement de plis formant une chape selon l'invention avec une vue agrandie montrant un pli de renfort ; - la figure 5 représente schématiquement une vue partielle en coupe agrandie de la chape représentée sur la figure 4 ; - la figure 6 représente schématique un exemple d'assemblage entre une paire de chapes femelles et une chape mâle ; - la figure 7 représente un exemple de séquence de plis formant la chape en matériau composite. According to the invention, during the phase of production of the stack of folds, between two oriented layers of unidirectional fiber folds, reinforcing folds are deposited in the form of a fiber describing a spiral trajectory and concentrically with respect to the center of said hole, each turn being deposited contiguous edge to edge with the next. According to one embodiment of the invention, the oriented unidirectional fiber plies and the plies of reinforcements are formed by pre-impregnated resin fibers. According to another embodiment of the invention, the oriented unidirectional fiber plies and the reinforcing folds being formed by dry fibers, the method further comprises a resin impregnation phase of said folds before the consolidation phase. The resin used or matrix used to hold the fibers together may be thermoplastic, thermosetting or a mixture of both. In one embodiment of the invention, the fiber of said reinforcing ply is deposited in the form of a solid spiral. In another embodiment of the invention, the fiber of said reinforcing ply is deposited in the form of a spiral forming an orifice at its center, the internal diameter Di of said orifice being substantially smaller than the diameter of said hole. The invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings in which: - Figure 1 shows schematically a profile view of a stack of plies forming a composite material panel according to the invention with an enlarged view showing a fold of reinforcement; - Figure 2 is a schematic representation of the panel having a hole; FIG. 3 represents an example of a sequence of folds forming the composite material panel of FIG. 1; FIG. 4 is a schematic representation of a profile of a stack of folds forming a yoke according to the invention with an enlarged view showing a reinforcing fold; - Figure 5 schematically shows a partial enlarged sectional view of the yoke shown in Figure 4; FIG. 6 schematically represents an example of an assembly between a pair of female clevises and a male clevis; FIG. 7 represents an example of a sequence of folds forming the clevis made of composite material.

L'invention concerne une pièce structurale en matériau composite comprenant des plis de renfort locaux qui sont aptes à répondre aux sollicitations de service au niveau des zones de trous et à répondre aux exigences de résistance aux endommagements, sans exiger de trop surdimensionner ladite pièce structurale. La présente invention est décrite de manière détaillée dans deux exemples d'application : un panneau comprenant un trou de visite et une chape comportant un trou d'assemblage. Ce choix n'est pas limitatif et la présente invention s'applique également à toutes pièces structurales comprenant des trous ou des ouvertures ayant un diamètre nécessitant l'utilisation des renforts. Les figures 1 et 2 représentent une pièce structurale en matériaux composite sous forme d'un panneau 1 comportant un trou de visite 4. Ce trou de visite permet le montage et la maintenance d'éléments situés par exemple dans une zone sous forme de caisson. Cette pièce structurale en matériau composite selon l'invention est composée d'un empilement de plis de fibres maintenues dans une résine. Plus précisément, l'empilement de plis est composé alternativement de plis de fibres unidirectionnelles orientées 3 et de plis de renfort 2. On peut voir sur la figure 1 qu'entre deux plis de fibres unidirectionnelles orientées 3, un pli de renfort sous forme de spirale est déposé. La figure 1 montre une vue agrandie d'un tel pli de renfort 2 qui est constituée d'une fibre 10 décrivant une spirale circulaire, la spire étant positionnée accolée bord à bord avec la suivante. Dans l'empilement, ce pli de renfort est agencé dans la zone de trou de visite de sorte que la spirale 2 et le trou ont le même centre. Ce pli de renfort présente un diamètre extérieur De et un diamètre intérieur Di. Le diamètre extérieur De est supérieur au diamètre du trou et suffisamment grand pour réaliser une zone de recouvrement Zr avec les plis adjacents qui sont composés de fibres unidirectionnelles pour réaliser une zone de liaison entre la zone de plis unidirectionnels et la zone de plis de renfort. Le diamètre intérieur Di correspond sensiblement au diamètre du trou. De préférence, ce pli de renfort suit la forme la forme du trou, aussi on peut tout à fait envisager un pli de renfort ayant une forme oblongue ou ellipsoïdale ou tout autre forme. Bien entendu, le pli de renfort peut également comporter un trou ayant un diamètre intérieur Di inférieur au diamètre final du trou (figure 1). Dans ce cas, l'extrémité de la fibre 10 pour décrire la spirale 2 ne débute pas à partir du centre de la spirale mais à une certaine distance. Le diamètre final du trou est obtenu par l'opération d'alésage. De manière générale ce pli renfort peut être à l'origine une spirale pleine lorsqu'il est inséré entre les deux plis de fibres unidirectionnelles. On entend par spirale pleine, une spirale dont une extrémité de la fibre commence par le centre. Dans ce cas, le trou de visite 4 est réalisé par une opération d'alésage réalisée au moyen d'un outil d'usinage. Dans un empilement de plis de l'art antérieur dans lequel où les fibres sont toutes unidirectionnelles et orientées dans le plan du pli, on a observé qu'autour de ce trou de visite 4 dans la pièce en matériaux composites 1, il ya une concentration d'efforts, le produit final ainsi obtenu n'atteignant pas les propriétés mécaniques attendues. Même un surdimensionnement de l'épaisseur de l'empilement ne permet pas améliorer la tenue mécanique de l'ensemble. On comprend donc ici que ce défaut est remédié par la présente invention par le fait que les fibres des plis de renfort sont quasi-tangentes à l'axe 5 du trou de visite. Ainsi la présence de ces plis de renforts permet de répondre aux sollicitations auxquelles la zone du pourtour du trou est soumise, améliorant considérablement la tenue mécanique de l'empilement en bord de trou. The invention relates to a structural part made of composite material comprising local reinforcing plies which are able to respond to service demands at the hole areas and to meet the requirements of resistance to damage, without requiring oversizing of said structural part. The present invention is described in detail in two application examples: a panel comprising a manhole and a clevis having an assembly hole. This choice is not limiting and the present invention also applies to all structural parts comprising holes or openings having a diameter requiring the use of reinforcements. Figures 1 and 2 show a structural part in composite material in the form of a panel 1 having a manhole 4. This manhole allows the assembly and maintenance of elements located for example in a box-shaped area. This structural part of composite material according to the invention is composed of a stack of fiber folds held in a resin. More precisely, the stack of folds is alternately composed of oriented unidirectional fibers folds 3 and reinforcement folds 2. It can be seen in FIG. 1 that between two oriented unidirectional fiber folds 3, a reinforcement fold in the form of spiral is deposited. Figure 1 shows an enlarged view of such a reinforcing ply 2 which consists of a fiber 10 describing a circular spiral, the coil being positioned contiguous edge to edge with the next. In the stack, this reinforcing ply is arranged in the hole area so that the spiral 2 and the hole have the same center. This reinforcing ply has an outer diameter De and an inner diameter Di. The outer diameter De is greater than the diameter of the hole and sufficiently large to provide a cover zone Zr with the adjacent folds which are composed of unidirectional fibers to provide a connection zone between the unidirectional fold zone and the reinforcing fold zone. The inner diameter Di corresponds substantially to the diameter of the hole. Preferably, this reinforcing fold follows the shape of the hole, so it is quite possible to envisage a reinforcing fold having an oblong or ellipsoidal shape or any other shape. Of course, the reinforcing fold may also include a hole having an inner diameter Di less than the final diameter of the hole (Figure 1). In this case, the end of the fiber 10 to describe the spiral 2 does not start from the center of the spiral but at a distance. The final diameter of the hole is obtained by the boring operation. In general, this reinforcing fold may be at the origin a full spiral when it is inserted between the two unidirectional fiber plies. A solid spiral means a spiral with one end of the fiber beginning at the center. In this case, the inspection hole 4 is made by a boring operation performed by means of a machining tool. In a stack of plies of the prior art in which the fibers are all unidirectional and oriented in the plane of the fold, it has been observed that around this inspection hole 4 in the composite material part 1, there is a concentration of effort, the final product thus obtained not reaching the expected mechanical properties. Even an oversizing of the thickness of the stack does not improve the mechanical strength of the assembly. It is therefore understood here that this defect is remedied by the present invention in that the fibers of the reinforcing plies are almost tangent to the axis 5 of the inspection hole. Thus, the presence of these folds of reinforcements makes it possible to respond to the stresses to which the zone around the perimeter of the hole is subjected, considerably improving the mechanical strength of the stack at the edge of the hole.

De préférence, le pli de renfort 2 et le pli de fibres unidirectionnelles 3 ont la même épaisseur et les fibres sont de même nature choisies parmi un groupe de matériaux connus, tels que par exemple le carbone. Cependant, les matériaux utilisés pour la réalisation du pli de renfort et du pli de fibres unidirectionnelles peuvent être de nature différente, afin que la pièce structurale réponde au mieux à sa fonction finale. Preferably, the reinforcing ply 2 and the ply of unidirectional fibers 3 have the same thickness and the fibers are of the same type chosen from a group of known materials, such as, for example, carbon. However, the materials used for the realization of the reinforcing ply and the fold of unidirectional fibers may be of different nature, so that the structural part best meets its final function.

Selon une forme préférée de réalisation de l'invention, pour réaliser la prise d'épaisseur entre la zone courante du panneau composée de fibres unidirectionnelles et la zone de bord de trou renforcée par la présence de la fibre sous la forme d'une spirale, on fait varier progressivement le diamètre extérieur du pli de renfort. Plus précisément, le diamètre du pli de renfort décroît au fur à mesure que l'on s'éloigne de la base de l'empilement 1. De préférence, ces plis de renfort 2 sont agencés de manière régulière sur l'épaisseur de la pièce structurale entre deux couches de plis de fibres unidirectionnelles orientées de sorte à conserver la symétrie d'orientation des fibres de l'empilement. On entend par couche de plis une succession de plis de fibres unidirectionnelles orientées. La figure 3 montre un exemple de séquence des plis du panneau en matériau composite comprenant des plis de renfort locaux 2. Cette séquence est composée ici d'une succession de 6 couches 101, 102, 103, 104, 105, 106 de fibres unidirectionnelles orientées suivant des angles 45°, 0°, 135° et 90°. Les plis de renfort 2 sont insérés entre deux couches de plis de manière homogène sur l'épaisseur de l'empilement. Ainsi, deux couches sont symétriques d'orientation par rapport au plan contenant le pli de renfort. Les figures 4, 5 et 6 montrent un deuxième exemple d'application de l'invention relatif à une chape en matériau composite comportant un trou d'assemblage. Plus précisément, la figure 4 montre l'empilement des plis 6 d'une telle pièce structurale. Une chape comporte généralement un trou d'assemblage 4. Cette chape est généralement destinée à être rapportée sur une autre structure composite. La figure 6 montre un exemple d'assemblage dans lequel une chape mâle 8 s'insère dans l'espacement formé par deux chapes femelles 7, 11 de sorte que les trois trous 4 soient en regard pour faire passer un axe 9 pour l'assemblage. On comprend qu'il est nécessaire de renforcer localement la zone de chape soumise à des sollicitations de service importantes. According to a preferred embodiment of the invention, for making the thickening between the current zone of the panel composed of unidirectional fibers and the hole edge zone reinforced by the presence of the fiber in the form of a spiral, the outer diameter of the reinforcing ply is progressively varied. More specifically, the diameter of the reinforcing ply decreases as one moves away from the base of the stack 1. Preferably, these reinforcing plies 2 are arranged in a regular manner over the thickness of the piece structure between two layers of unidirectional fiber folds oriented so as to maintain the orientation symmetry of the fibers of the stack. Fold layer means a succession of oriented unidirectional fiber folds. FIG. 3 shows an example of a sequence of folds of the composite material panel comprising local reinforcing plies 2. This sequence is composed here of a succession of 6 layers 101, 102, 103, 104, 105, 106 of oriented unidirectional fibers. at angles of 45 °, 0 °, 135 ° and 90 °. The reinforcing plies 2 are inserted between two layers of plies homogeneously over the thickness of the stack. Thus, two layers are symmetrical orientation with respect to the plane containing the reinforcing fold. Figures 4, 5 and 6 show a second example of application of the invention relating to a clevis made of composite material having an assembly hole. More precisely, FIG. 4 shows the stack of folds 6 of such a structural part. A clevis generally comprises an assembly hole 4. This clevis is generally intended to be attached to another composite structure. FIG. 6 shows an example of an assembly in which a male clevis 8 is inserted into the spacing formed by two female clevises 7, 11 so that the three holes 4 are facing to pass an axis 9 for assembly. . It is understood that it is necessary to locally reinforce the screed area subjected to significant service demands.

De la même façon que dans le premier cas d'exemple d'application, entre deux plis de fibres unidirectionnelles 3 ou deux couches de plis de fibres unidirectionnelles, on insère un pli de renfort 2 composé d'une fibre 10 sous forme d'une spirale. Cette Spirale qui peut être initialement pleine ou munie d'un trou est disposée de manière concentrique par rapport au centre du trou d'assemblage 4. La spire est agencée accolée bord à bord avec la suivante. Les renforts 2 sous forme de spirale sont ainsi constitués de fibres quasi-tangentes à l'axe 5 qui passe par le centre du trou et qui est perpendiculaire aux plans des plis de l'empilement 6. De cette façon, ces fibres permettent de répondre au mieux aux sollicitations exercées pendant l'alésage du trou et aux sollicitations de service, améliorant ainsi la tenue mécanique de l'empilement à proximité de bord de trou de la chape. La figure 5 montre une vue partielle en coupe de la chape prolongée à une extrémité par un panneau. On peut voir un ensemble de plis de renforts sous forme de spirales autour du trou 4 d'assemblage. Pour obtenir la forme de la chape, on forme tout d'abord un panneau en matériau composite avec des plis de renforts disposés au niveau du trou, on réalise ensuite un détourage au moyen d'un outil approprié pour former la forme de chape. On réalise ensuite en dernière étape un alésage pour obtenir le trou. La figure 7 représente un exemple de séquence de plis. La configuration des orientations des fibres dans le plan des plis est similaire à celle de la figure 3. On peut voir également que les plis de renforts 2 sont insérés de manière régulière sur l'épaisseur de la pièce et agencés par rapport aux couches de plis de fibres unidirectionnelles orientées de manière à conserver la symétrie d'orientation de l'empilement, afin de conserver les propriétés mécaniques souhaitées. La présente invention a pour objet également un procédé de réalisation d'une pièce structurale en matériau composite telle que décrite ci-dessus. La fabrication de pièces en matériau composite qui comprend d'une part, un ou plusieurs renforts fibreux et, d'autre part, une matrice de résine de type thermoplastique, thermodurcissable ou un mélange des deux, comporte principalement deux phases, une phase de drapage pour obtenir l'empilement de plis souhaité et une phase de consolidation de l'empilement pour obtenir le panneau. Cette phase de consolidation est obtenue par un compactage dans la direction d'empilement pour faire évacuer l'air et les gaz présents dans l'empilement, de sorte que le panneau obtenu présente un taux de porosité acceptable. D'autre part cette phase de consolidation s'effectue en appliquant un chauffage, en plaçant l'ensemble par exemple dans une étuve, afin de le porter à la température requise pour obtenir la fusion de la résine sur les fibres. La phase de drapage est réalisée principalement par la mise en oeuvre de deux modes de réalisation. In the same way as in the first case of application example, between two unidirectional fiber plies 3 or two layers of unidirectional fiber plies, a reinforcing ply 2 composed of a fiber 10 is inserted in the form of a ply. spiral. This spiral which can be initially full or provided with a hole is arranged concentrically with respect to the center of the assembly hole 4. The turn is arranged contiguous edge to edge with the next. The reinforcements 2 in the form of a spiral thus consist of fibers quasi-tangent to the axis 5 which passes through the center of the hole and which is perpendicular to the plane of the folds of the stack 6. In this way, these fibers make it possible to meet at best the stresses exerted during the boring of the hole and the service requirements, thereby improving the mechanical strength of the stack near the edge of the hole of the yoke. Figure 5 shows a partial sectional view of the yoke extended at one end by a panel. One can see a set of reinforcing folds in the form of spirals around the assembly hole 4. In order to obtain the shape of the screed, a composite material panel is firstly formed with folds of reinforcements disposed at the level of the hole, then a trimming is carried out using a suitable tool to form the screed shape. In the last step, a bore is then made to obtain the hole. Figure 7 shows an example of a fold sequence. The configuration of the orientations of the fibers in the plane of the folds is similar to that of FIG. 3. It can also be seen that the folds of reinforcements 2 are inserted in a regular manner over the thickness of the piece and arranged with respect to the fold layers. unidirectional fibers oriented so as to maintain the orientation symmetry of the stack, in order to maintain the desired mechanical properties. The present invention also relates to a method of producing a composite structural part as described above. The manufacture of composite material parts which comprises firstly one or more fibrous reinforcements and, secondly, a thermoplastic resin matrix, thermosetting or a mixture of the two, comprises mainly two phases, a layup phase to obtain the desired stack of folds and a consolidation phase of the stack to obtain the panel. This consolidation phase is obtained by compaction in the stacking direction to evacuate the air and gases present in the stack, so that the panel obtained has an acceptable porosity rate. On the other hand this consolidation phase is carried out by applying heating, placing the assembly for example in an oven, to bring it to the temperature required to obtain the melting of the resin on the fibers. The draping phase is carried out mainly by the implementation of two embodiments.

Le premier mode de réalisation est défini par le fait que les fibres sont mises en oeuvre à l'état sec. La résine ou matrice est mise en oeuvre séparément, par exemple par injection dans le moule contenant les renforts fibreux (procédé "RTM", de l'anglais Resin transfert Molding) ou bien encore par enduction/imprégnation manuelle au rouleau sur chacun des plis. The first embodiment is defined by the fact that the fibers are used in the dry state. The resin or matrix is used separately, for example by injection into the mold containing the fibrous reinforcements ("RTM" process, of the English Resin Transfer Molding) or even by coating / manual impregnation by roller on each of the plies.

Le procédé de réalisation de la pièce structurale selon l'invention est décrit ci-dessus de manière détaillée pour ces deux types de procédé. Selon ce premier mode de réalisation, une pièce structurale en matériau composite de l'invention, réalisée par transfert de résine, dit RTM, comporte essentiellement une structure formée d'un ensemble de fibres maintenues dans une résine. Suivant le procédé, dans une première étape, une préforme sèche est réalisée. Cette préforme est réalisée par un empilage de plis de fibres à l'état sec. Entre deux séquences de dépose de fibres unidirectionnelles, on dépose une fibre de type carbone décrivant une trajectoire spirale en suivant sensiblement la forme dudit trou et de manière concentrique par rapport au centre dudit trou, chaque spire étant déposée accolée bord à bord avec la suivante. La nature des fibres et l'orientation des fibres unidirectionnelles sont déterminées au préalable selon les exigences de sollicitations auxquelles la pièce est soumise. Dans une seconde étape, cette préforme sèche est imprégnée d'une résine. Selon le procédé RTM, cette préforme est placée à l'intérieur d'un moule dont la forme et le volume correspondent sensiblement à la forme et aux dimensions du panneau à réaliser. The method of producing the structural part according to the invention is described above in detail for these two types of process. According to this first embodiment, a structural part made of composite material of the invention, made by resin transfer, called RTM, essentially comprises a structure formed of a set of fibers held in a resin. According to the method, in a first step, a dry preform is produced. This preform is made by stacking fiber folds in the dry state. Between two unidirectional fiber deposition sequences, a carbon type fiber is deposited which describes a spiral trajectory substantially following the shape of said hole and concentrically with respect to the center of said hole, each turn being deposited side by side with the next. The nature of the fibers and the orientation of the unidirectional fibers are determined beforehand according to the demands of the stresses to which the piece is subjected. In a second step, this dry preform is impregnated with a resin. According to the RTM method, this preform is placed inside a mold whose shape and volume substantially correspond to the shape and dimensions of the panel to be produced.

Dans une troisième étape du procédé, la résine est polymérisée pour solidariser les fibres des différents plis pour obtenir le panneau composite. Dans une dernière étape, on réalise un alésage pour obtenir le trou. Le dispositif pour la mise en oeuvre de la phase de drapage est connu de l'homme du métier. Il comprend généralement une tête de dépose montée 35 sur une machine à commande numérique et mobile relativement à la surface à recouvrir, un galet de dépose et des moyens d'acheminement de la fibre au galet de dépose. Ainsi il est possible de programmer précisément la tête de dépose pour réaliser le pli sous forme d'une spirale. Selon une solution alternative, on peut envisager une phase de drapage dans laquelle les plis de renforts sous forme de spirale sont réalisés à part. Pour cela, on peut fabriquer au préalable ces plis de renfort sous forme de préforme qui sont insérés ensuite un à un dans la séquence de drapage de l'empilement constituant le panneau. Ces préformes sont placées de manière concentrique au centre du trou et réparties de façon homogène dans l'épaisseur de l'empilement (figure 3 et figure 7). Ces préformes peuvent être insérées manuellement, à l'aide d'un système d'indexage ou bien au moyen d'un procédé automatisé tel qu'un bras robot avec ventouses à dépression. Un deuxième mode de réalisation est défini par le fait que les fibres et la résine sont au préalable associées avant d'être mises en oeuvre et les fibres sont pré-imprégnées de résine avant le drapage. Selon ce deuxième mode de réalisation, la pièce structurale en matériau composite peut également être réalisée par la mise en oeuvre d'un procédé classique de drapage de fibres pr-imprégnées de résine. Ce deuxième mode diffère du premier en ce que l'étape d'imprégnation de résine n'est plus nécessaire, la phase de drapage comporte une seule étape dans laquelle on réalise un empilement de fibres pré-imprégnées, suivie d'une phase de consolidation. Par voie de conséquence, le pli de renfort est composé d'une fibre pré-imprégnée de résine décrivant une spirale. La formation de cette spirale peut être effectuée entre deux séquences de drapage de plis de fibres unidirectionnelles. Elle peut également être réalisée à part au préalable, comme dans le premier mode de réalisation, puis déposée directement sur la surface du pli de fibres unidirectionnelles. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier à l'invention qui vient d'être décrite, uniquement à titre d'exemples non limitatifs.35 In a third step of the process, the resin is polymerized to join the fibers of the different plies to obtain the composite panel. In a final step, a bore is made to obtain the hole. The device for implementing the draping phase is known to those skilled in the art. It generally comprises a depositing head mounted on a numerically controlled machine and movable relative to the surface to be covered, a depositing roller and means for conveying the fiber to the depositing roller. Thus it is possible to precisely program the dispensing head to make the fold in the form of a spiral. According to an alternative solution, it is possible to envisage a draping phase in which the reinforcing folds in spiral form are made separately. For this, one can first make these reinforcing plies as a preform which are then inserted one by one in the layup sequence of the stack constituting the panel. These preforms are placed concentrically in the center of the hole and distributed homogeneously in the thickness of the stack (Figure 3 and Figure 7). These preforms can be inserted manually, using an indexing system or by means of an automated process such as a robot arm with suction cups. A second embodiment is defined by the fact that the fibers and the resin are previously combined before being used and the fibers are pre-impregnated with resin before draping. According to this second embodiment, the structural part of composite material can also be achieved by the implementation of a conventional method of draping resin-impregnated fibers. This second mode differs from the first in that the resin impregnation step is no longer necessary, the layup phase comprises a single step in which a stack of pre-impregnated fibers is produced, followed by a consolidation phase. . As a result, the reinforcing ply is composed of a fiber pre-impregnated resin describing a spiral. The formation of this spiral can be performed between two lay-up sequences of unidirectional fiber folds. It can also be made separately beforehand, as in the first embodiment, and then deposited directly on the surface of the fold of unidirectional fibers. Of course, various modifications may be made by those skilled in the art to the invention which has just been described, solely as non-limiting examples.

Claims (12)

REVENDICATIONS1. Pièce structurale en matériau composite (1, 6) comprenant au moins un trou (4), ladite pièce étant composée d'un empilement de plis de fibres, caractérisée en ce qu'entre deux couches de plis de fibres unidirectionnelles orientées (3), elle comprend un pli de renfort composé d'une fibre (10) décrivant une trajectoire spirale (2), ladite spirale étant sensiblement concentrique par rapport au centre dudit trou (4), chaque spire étant positionnée accolée bord à bord avec la suivante. REVENDICATIONS1. Structural component of composite material (1, 6) comprising at least one hole (4), said part being composed of a stack of fiber folds, characterized in that between two layers of oriented unidirectional fiber folds (3), it comprises a reinforcing ply composed of a fiber (10) describing a spiral path (2), said spiral being substantially concentric with respect to the center of said hole (4), each turn being positioned side by side with the next. 2. Pièce structurale selon la revendication 1, caractérisée en ce que ces plis de renfort (2) sont agencés de manière régulière sur l'épaisseur de la pièce structurale entre deux couches de plis de fibres unidirectionnelles orientées de sorte à conserver la symétrie d'orientation des fibres de l'empilement. 2. Structural part according to claim 1, characterized in that these reinforcing plies (2) are arranged in a regular manner over the thickness of the structural part between two layers of unidirectional fiber folds oriented so as to maintain the symmetry of fiber orientation of the stack. 3. Pièce structurale selon la revendication 2, caractérisée en ce que le diamètre extérieur (De) dudit renfort est défini de sorte que le pli de renfort (2) et les plis adjacents (3) dans l'empilement forment une zone de recouvrement (Zr) pour réaliser une zone de liaison entre la zone de plis unidirectionnels et la zone de plis de renfort. 3. Structural part according to claim 2, characterized in that the outer diameter (De) of said reinforcement is defined so that the reinforcing fold (2) and the adjacent folds (3) in the stack form a covering zone ( Zr) to form a connection zone between the unidirectional fold zone and the reinforcement fold zone. 4. Pièce structurale selon la revendication 3, caractérisée en ce que le diamètre extérieur (De) de ces plis de renfort (2) décroît de manière progressive lorsque l'on s'éloigne de la base de l'empilement. 4. Structural part according to claim 3, characterized in that the outer diameter (De) of these reinforcing plies (2) decreases gradually as one moves away from the base of the stack. 5. Pièce structurale selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la fibre (10) décrivant la spirale forme une surface sensiblement circulaire. 5. Structural part according to one of claims 1 to 4, characterized in that the fiber (10) describing the spiral forms a substantially circular surface. 6. Pièce structurale selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle forme un panneau (1) en matériau composite comprenant au moins un trou de visite (4).30 6. Structural part according to one of claims 1 to 5, characterized in that it forms a panel (1) of composite material comprising at least one inspection hole (4). 7. Pièce structurale selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle forme une chape (6) comportant un trou (4) destiné à l'assemblage. 7. Structural part according to one of claims 1 to 5, characterized in that it forms a yoke (6) having a hole (4) for assembly. 8. Procédé de réalisation d'une pièce structurale (1, 6) en matériau composite comprenant au moins un trou (4) définie selon l'une des revendications 1 à 7, ledit procédé comprenant une phase de réalisation d'un empilement de plis de fibres, une phase de consolidation de l'empilement visant à solidariser les fibres des différents plis par polymérisation de la résine pour obtenir ladite pièce, suivie d'une phase d'alésage pour réaliser ledit trou (4), caractérisé en ce que pendant la phase de réalisation de l'empilement de plis, entre deux couches de plis de fibres unidirectionnelles orientées (3), on dépose des plis de renfort (2) sous forme d'une fibre (10) décrivant une trajectoire spirale et de manière concentrique par rapport au centre dudit trou (4), chaque spire étant déposée accolée bord à bord avec la suivante.8. A method of producing a structural part (1, 6) of composite material comprising at least one hole (4) defined according to one of claims 1 to 7, said method comprising a phase of making a stack of plies. of fibers, a consolidation phase of the stack for securing the fibers of the various plies by polymerization of the resin to obtain said part, followed by a boring phase for producing said hole (4), characterized in that during the embodiment of the stack of folds, between two layers of oriented unidirectional fiber folds (3), reinforcing plies (2) are deposited in the form of a fiber (10) describing a spiral and concentric trajectory relative to the center of said hole (4), each turn being deposited side by side with the next. 9 Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les plis de fibres unidirectionnelles orientées (3) et les plis de renforts (2) sont formés par des fibres pré-imprgnées de résine9 Process according to claim 8, characterized in that the oriented unidirectional fiber plies (3) and the plies of reinforcements (2) are formed by pre-impregnated resin fibers 10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les plis de fibres unidirectionnelles orientées (3) et les plis de renforts (2) étant formés par des fibres sèches, le procédé comporte en outre une phase d'imprégnation de résine desdits plis avant la phase de consolidation.10. The method of claim 8, characterized in that the oriented unidirectional fiber plies (3) and reinforcing plies (2) being formed by dry fibers, the method further comprises a resin impregnation phase of said plies before the consolidation phase. 11. Procédé selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que l'on dépose la fibre dudit pli de renfort sous forme d'une spirale pleine.11. Method according to one of claims 8 to 10, characterized in that the fiber is deposited said reinforcing ply in the form of a solid spiral. 12. Procédé selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que l'on dépose la fibre dudit pli de renfort sous forme d'une spirale formant un orifice en son centre, le diamètre intérieur Di dudit orifice étant sensiblement inférieur au diamètre dudit trou (4). 12. Method according to one of claims 8 to 10, characterized in that the fiber is deposited said reinforcing ply in the form of a spiral forming an orifice in its center, the inner diameter Di of said orifice being substantially lower than diameter of said hole (4).
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