FR2990187A1

FR2990187A1 - Poutre en materiau composite integrant un renfort a section fermee

Info

Publication number: FR2990187A1
Application number: FR1254159A
Authority: FR
Inventors: Denis Soula; Mathieu Piana; Philippe Blot; Matthieu Plet
Original assignee: Airbus Operations SAS; European Aeronautic Defence and Space Company EADS France
Current assignee: Airbus Operations SAS; Airbus Group SAS
Priority date: 2012-05-07
Filing date: 2012-05-07
Publication date: 2013-11-08
Anticipated expiration: 2032-05-07
Also published as: FR2990187B1

Abstract

L'objet de l'invention est une poutre en matériau composite d'une structure d'un aéronef, ladite poutre comportant une âme (32), deux talons (34, 34') et au moins un renfort (36) intercalé entre les deux talons (34, 34'), caractérisée en ce que le renfort (36) est un tronçon d'un tube avec des parois parallèles à une direction de renfort (Dr).

Description

POUTRE EN MATERIAU COMPOSITE INTEGRANT UN RENFORT A SECTION FERMEE La présente invention se rapporte à une poutre en matériau composite intégrant un renfort à section fermée. Selon un mode de réalisation illustré sur la figure 1, une poutre 10 d'une structure d'un aéronef a une section transversale en I avec une âme 12 et deux talons (également appelés semelles) 14, 14' disposés aux extrémités de l'âme 12. Ces talons 14, 14' sont perpendiculaires à l'âme et disposés de manière symétrique par rapport au plan de l'âme. Pour la suite de la description, on entend par direction longitudinale la direction correspondant à la plus grande longueur de la poutre. Un plan transversal est un plan perpendiculaire à la direction longitudinale. Pour réduire la masse embarquée, les éléments de la structure, comme par exemple les poutres, tendent à être réalisés en matériau composite. Selon un mode de réalisation, une poutre en matériau composite comprend un assemblage de préformes, deux préformes en U accolées l'une contre l'autre au niveau des bases des U, et deux préformes sous forme chacune d'une bande plaquées contre les branches (talons, semelles,..) des U. bans certains cas, la poutre subit des contraintes telles qu'il est nécessaire de la renforcer à l'aide de renforts 16, appelés goussets, illustrés sur la figure 2. Ces renforts permettent soit l'introduction locale d'efforts due à la géométrie des autres éléments de la structure disposés autour de la poutre ou soit une meilleure stabilisation de l'âme de la poutre.

Une poutre métallique réalisée par usinage ou moulage peut intégrer tous ces renforts. Il suffit lors de l'usinage de laisser de la matière aux endroits à renforcer. Dans le cas d'une pièce en matériau composite, les renforts 16 sont métalliques 5 et sont plaqués contre l'une des faces de l'âme et intercalés entre les talons. Selon un mode de réalisation, un renfort 16 a une forme parallélépipédique avec un fond 18 toujours plaqué contre l'âme, deux petites parois latérales 20 et 20' opposées plaquées contre les talons et enfin deux grandes parois latérales 22 et 22' opposées disposées dans des plans transversaux. Ce type de renforts permet 10 de résister aux efforts de traction exercés selon des directions parallèles au plan de l'âme et perpendiculaire à la direction longitudinale mais également aux efforts tendant à générer un phénomène de déversement. La réalisation de ces renforts et leurs mises en place sur la poutre sont très couteux. 15 Aussi, la présente invention vise à remédier à ces inconvénients. A cet effet, l'invention propose une poutre en matériau composite d'une structure d'un aéronef, ladite poutre comportant une âme, deux talons et au moins un renfort intercalé entre les deux talons, caractérisée en ce que le renfort est un tronçon d'un tube avec des parois parallèles à une direction de 20 renfort Dr. Cette solution permet de réduire les coûts d'obtention des renforts dans la mesure où ce dernier peut être obtenu par des procédés facilement automatisables, comme par exemple un procédé de bobinage ou d'extrusion pour fabriquer un tube, le renfort découlant du tronçonnage du tube. 25 De préférence, la direction de renfort Dr du renfort est orientée par rapport à l'âme en fonction des contraintes exercées sur la poutre. Cette solution permet de dimensionner le renfort de manière optimisée en fonction des sollicitations.

Avantageusement, le renfort comprend deux parois opposées aptes à être en contact respectivement avec une face intérieure d'un premier talon et avec une face intérieure d'un second talon, lesdites parois opposées ayant une dimension identique à celle de la face intérieure avec laquelle elles sont en contact.

D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de l' invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d'une poutre sans renfort, - la figure 2 est une vue en perspective d'une partie d'une poutre comportant un renfort métallique selon l'art antérieur, - la figure 3 est une vue en perspective de renforts selon l'invention en matériau composite, obtenus à partir d'un profilé à section fermée, - les figures 4A à 4D sont des vues en perspective illustrant chacune une partie d'une poutre intégrant un ou plusieurs renforts selon différentes configurations de l'invention. Sur les différentes vues 4A à 4D, on a représenté une poutre 30 en matériau composite avec une section transversale en I comportant une âme 32 et deux talons (également appelés semelles) 34, 34', un premier talon 34 étant disposé à une première extrémité de l'âme 32 et un second talon 34' étant disposé à une seconde extrémité de l'âme 32, les deux talons ayant des faces en regard l'une de l'autre. Ces talons 34, 34' sont perpendiculaires à l'âme et disposés de manière symétrique par rapport au plan de l'âme. L'âme 32 comprend deux faces Fa, Fa' et les talons 34, 34' comprennent des faces intérieures Fi orientées les unes vers les autres.

Selon un mode de réalisation, la poutre en matériau composite est obtenue à partir d'un assemblage de préformes, deux préformes en U accolées l'une contre l'autre au niveau des bases des U, et deux préformes sous forme chacune d'une bande, plaquées contre les branches des U.

La poutre en matériau composite n'est pas plus décrite car elle est connue de l'homme du métier. En variante, la poutre peut avoir une section en U ou en C. La poutre 30 comprend au moins un renfort 36 intercalé entre les talons 34, 34'. Selon l'invention, le renfort 36 comprend un profil à section fermée avec des parois parallèles à une direction dite direction de renfort Dr. Par section fermée, on entend que le profil comprend dans un plan perpendiculaire à la direction de renfort Dr une section avec un contour s'étendant de manière continue sur 3600 . De préférence, le profil a une section rectangulaire ou en forme de trapèze rectangle. Comme illustré sur la figure 3, un renfort 36 est un tronçon d'un tube 38. Par tube, on entend un profilé creux et allongé. Selon un mode de réalisation préféré, le renfort 36 est en matériau composite. Dans ce cas, le tube 38 est obtenu par un procédé de bobinage ou d'extrusion .

Selon un mode de réalisation le tube est obtenu en bobinant des fibres de renfort autour d'un mandrin et/ou en déposant des nappes de fibres tout autour d'un mandrin. Comme illustré sur la figure 3, pour obtenir un renfort, il suffit de tronçonner le tube 38 afin d'isoler des renforts 36 qui ont des dimensions selon la direction de renfort Dr variables en fonction des besoins. Cette solution permet de réduire les coûts d'obtention des renforts. Comme illustré sur les différentes figures 4A à 4C, le renfort 36 doit avoir deux parois opposées 40.1 et 40.2 espacées d'une distance sensiblement égale à celle séparant les faces Fi des talons 34, 34'. Avantageusement, les parois opposées 40.1 et 40.2 aptes à être en contact respectivement avec une face intérieure Fi du talon 34 et avec une face intérieure Fi du talon 34' ont une dimension identique ou inférieure à celle de la face intérieure Fi avec laquelle elles sont en contact. Ainsi, le renfort assure une meilleure reprise des efforts à l'arrachement.

En fonction des poutres à renforcer, le renfort 36 comprend deux autres parois opposées 42.1 et 42.2 parallèles, comme illustré sur les figures 4A à 4C ou non comme illustré sur la figure 41). Lorsque les talons sont identiques comme illustré sur les figures 4A à 4C, les 5 deux parois 40.1 et 40.2 ont les mêmes dimensions dans un plan perpendiculaire à la direction de renfort br et les deux parois 42.1 et 42.2 sont parallèles. bans ce cas, le renfort 36 a une section rectangulaire. Lorsque les talons ont des dimensions différentes dans un plan transversal, comme illustré sur la figure 41), le talon 34 ayant une largeur inférieure au talon 10 34', les deux parois 40.1 et 40.2 ont des dimensions différentes dans un plan perpendiculaire à la direction de renfort br et les deux parois 42.1 et 42.2 ne sont pas parallèles. bans ce cas, le renfort 36 a une section en forme de trapèze rectangle. Comme illustré sur les figures 4A à 4C, le ou les renforts 36 sont mis en place au 15 niveau de la poutre à renforcer selon différentes configurations en fonction des contraintes exercées sur la poutre. Afin d'augmenter la résistance de la poutre lorsqu'elle est soumise à un effort de traction F perpendiculaire aux talons, comme illustré sur la figure 4A, le renfort 36 est mis en place de manière à ce que sa direction de renfort br soit parallèle 20 au plan de l'âme ou à la direction longitudinale, l'une des parois 42.1 étant plaquée contre la face Fa de l'âme 32. bans ce cas, lorsque le renfort est réalisé en matériau composite, il possède une orientation de fibres privilégiée parallèle à un plan transversal. Cette solution permet d'augmenter la résistance de la poutre à un effort de traction F. 25 Afin de mieux stabiliser la poutre comme illustré sur la figure 4B, le renfort 36 est mis en place de manière à ce que sa direction de renfort br soit perpendiculaire à l'âme, les chants des parois 42.1 et 42.2 étant plaqués contre la face Fa de l'âme 32.

Selon un mode de réalisation illustré sur la figure 4C, une poutre comprend deux renforts 36, 36' l'un contre l'autre, un premier renfort 36 étant orienté de manière à ce que sa direction de renfort br soit perpendiculaire à l'âme, le second renfort 36' étant orienté de manière à ce que sa direction de renfort br soit parallèle à l'âme. Cette solution permet d'une part d'augmenter la résistance de la poutre à un effort de traction F, et d'autre part, de mieux stabiliser la poutre et de limiter l'apparition de phénomènes de déversement. Selon un avantage de l'invention, il est possible d'optimiser le dimensionnement des renforts en fonction des contraintes subies par la poutre dans la mesure où en fonction de leurs orientations les renforts selon l'invention assurent de manière privilégiée la reprise de certaines contraintes, contrairement à un gousset de l'art antérieur. Selon un mode de réalisation, le renfort 36 est solidarisé à la poutre par tous moyens appropriés, par exemple, en utilisant des pièces de liaison comme des rivet, par collage, par copolymérisation ou autre. Selon un mode de réalisation, le renfort 36 est en matériau composite pré-imprégné d'une résine thermodurcissable et intégré à la poutre également en matériau composite pré-imprégné d'une résine thermodurcissable par cocuisson. Selon un autre mode de réalisation, la préforme textile du renfort est intégrée à la préforme textile de la poutre et la liaison entre le renfort et la poutre est assurée par co-injection de résine. Selon un autre mode de réalisation, le renfort 36 est en matériau composite pré-imprégné d'une résine thermoplastique et intégré à la poutre également en matériau composite pré-imprégné d'une résine thermoplastique par co- consolidation ou par soudage des résines.

Claims

REVENDICATIONS1. Poutre en matériau composite d'une structure d'un aéronef, ladite poutre comportant une âme (32), deux talons (34, 34') et au moins un renfort (36) intercalé entre les deux talons (34, 34'), caractérisée en ce que le renfort (36) est un tronçon d'un tube (38) avec des parois parallèles à une direction de renfort (Dr).
2. Poutre selon la revendication 1, caractérisée en ce que la direction de renfort (Dr) du renfort (36) est orientée par rapport à l'âme (32) en fonction des contraintes exercées sur la poutre.
3. Poutre selon la revendication 2, caractérisée en ce que la direction (Dr) du renfort (36) est orientée perpendiculairement à l'âme (32) afin de mieux stabiliser la poutre.
4. Poutre selon la revendication 2, caractérisée en ce que la direction de renfort (Dr) du renfort (36) est parallèle à l'âme (32) afin d'augmenter la résistance de la poutre à un effort de traction perpendiculaire aux talons.
5. Poutre selon la revendication 4, caractérisée en ce que le renfort (36) est en matériau composite et comprend des fibres avec une orientation privilégiée parallèle à un plan transversal de la poutre.
6. Poutre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le renfort (36) comprend deux parois opposées (40.1, 40.2) aptes à être en contact respectivement avec une face intérieure (Fi) d'un premier talon (34) et avec une face intérieure (Fi) d'un second talon (34'), lesdites parois opposées (40.1, 40.2) ayant une dimension identique ou inférieure à celle de la face intérieure (Fi) avec laquelle elles sont en contact.
7. Poutre selon la revendication 6, caractérisée en ce que le renfort (36) a une section rectangulaire.
8. Poutre selon la revendication 6, caractérisée en ce que le renfort a une section en forme de trapèze rectangle.
9. Poutre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le renfort (36) est un tronçon d'un tube (38) obtenu par extrusion.
10. Poutre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le renfort (36) est un tronçon d'un tube (38) obtenu par bobinage.