Dimensionnement des trous et des assemblages dans les structures composites

Les structures composites sont largement utilisées dans les structures nécessitant des caractéristiques spécifiques élevées, tel que par exemple dans le domaine aéronautique, spatial, ou des transports en général. L’avantage de ce type de structure est de pouvoir être réalisé sur mesure ; on dit souvent que dans le cas des matériaux composites, le matériau ne préexiste pas à la structure, contrairement au cas d’un matériau métallique où le matériau existe et le travail de l’ingénieur sera alors de concevoir une structure en adaptant sa géométrie afin d’optimiser la structure (il s’agira souvent de minimiser la masse afin d’alléger la structure). En effet un matériau composite est en général stratifié, c’est-à-dire qu’il est réalisé à partir de l’empilement de plusieurs couches de matériau composite . Le travail du concepteur sera donc à la fois de concevoir la structure, et en particulier d’optimiser sa géométrie mais également de déterminer les couches de matériau composite à utiliser, en particulier leurs natures et leurs directions.

D’une façon générale le problème se pose ainsi : connaissant les efforts imposés, concevoir la structure la plus légère et la moins chère possible (ce critère est évidemment primordial, même s’il ne sera pas traité ici car il dépend énormément du type d’industrie et des accords commerciaux de l’industrie concernée) permettant de supporter ces efforts. Le problème d’optimisation est donc en général un problème nécessitant un grand nombre d’itérations et à chaque itération il s’agira de vérifier que la structure supportera les efforts imposés. Si ce n’est pas le cas, alors vous devrez revoir votre conception, en gros augmenter les épaisseurs et donc les nombres de plis des stratifiés composites ou prendre un matériau plus résistant, et si c’est le cas, alors soit vous vous arrêtez, soit vous cherchez à retirer de la matière afin de diminuer la masse de la structure.

Dans cet article nous allons nous intéresser à l’étape de dimensionnement, c’est-à-dire qu’il s’agira de vérifier que la structure supportera les efforts imposés. Pour ce faire il est nécessaire d’appliquer des critères de rupture en tout point de la structure, et en particulier pour chaque pli du stratifié, afin de vérifier que la rupture n’interviendra pas. Il faut également garder à l’esprit que les critères de rupture utilisés ne sont que des modèles simplifiés de la réalité ! On utilise d’ailleurs toujours des essais expérimentaux afin de vérifier que la structure réelle supporte bien les charges imposées.

Afin de mettre en place les critères de rupture en tout point de la structure, l’utilisation de modèles par éléments finis est le plus souvent nécessaire afin de déterminer comment transitent les efforts dans la structure. Pour les structures...