Développement d'une procédure de compensation géométrique d'outillage pour la fabrication de pièces composites à renforts tressés par infusion sous vide

Les matériaux composites sont reconnus pour leur contribution à l'allègement des avions, leur offrant un compromis entre performances mécaniques et poids inatteignable par d'autres matériaux conventionnels. Cependant, la mise en forme de pièces en composite, tels que les polymères renforcés de fibres de carbone, est parfois encore un procédé manuel pour l'aéronautique. Cela entraîne des problématiques de répétabilité de procédé et de coût de production. Ainsi, des développements de procédés automatisés ont été initiés comme le tressage. Des recherches montrent le potentiel des pièces structurelles à renforts tressées pour y subvenir. Cependant, aucun empilement de tresses typique pour un cadre d'avion n'a été relevé dans la littérature. À ce jour, la revue de littérature n'a relevé que peu de modèles prédictifs des déformations induites durant la fabrication de composites à renforts tressés. Ces modèles sont lourds et demandent beaucoup de caractérisations. Les distorsions induites par le procédé de fabrication sont compensées en général par une approche essai-erreur, qui peut se révéler onéreuse. La revue de littérature ne montre pas de méthode systématique pour compenser les distorsions géométrique pour des géométries complexes. Pour répondre à ces problématiques, une réponse est proposée dans ce mémoire sous la forme de trois sous-objectifs de recherche. Le premier objectif consiste à concevoir un cadre en Z tressé. Une configuration typique de plis préimprégnés d'un cadre en service a servi de référence. Deux cas de chargements ont été évalués, un en traction et un en flexion. Un empilement de tresses pour un cadre a été établi par une méthodologie spécifique. Ce cadre tressé a des performances analogues à la configuration de référence, étant 1.5% moins rigide en flexion et 7.9% moins rigide en traction. Le second objectif consiste à développer un modèle éléments finis thermomécanique d'une pièce composite à renforts tressés. Il prédit les distorsions angulaires d'un cadre en Z. Des infusions de résine ont été effectuées pour l'évaluer. Elles ont été réalisées sur deux outillages, un en aluminium et un en PEI imprimé 3D. Le modèle a prédit les distorsions angulaires avec une justesse en valeur absolue de 0.1°et 1.2°, pour les deux angles évalués. Néanmoins, pour le cas où l'écart de justesse est de 1.2°, cet écart s'explique par la présence d'une zone riche en résine. Le troisième objectif consiste à développer un module de compensation géométrique d'outillage d'infusion. Ce module prend la forme d'un algorithme qui se couple avec le modèle thermomécanique développé. Il a été validé en retrouvant les angles de l'outillage utilisé avec en angles cibles des mesures d'angles des expériences d'infusion. Un écart absolu de l'ordre de 0.05° pour l'angle A2 et de 1.2_ pour A1 ont été observé. L'écart pour l'angle A1 est attribué à la présence de zone riche en résine.