Calculs sur les composites en fibres longues

17/04/2014

Si les matériaux composites (non homogènes macroscopiquement) datent de l’antiquité, ceux dont nous parlons ici sont beaucoup plus récents. On les connait souvent par le nom de la fibre employée comme renfort :

Verre
Carbone
Kevlar
Bien d’autres existent (quartz, bore …).

Ils sont en fait constitués de ces fibres et d’une matrice le plus souvent résineuse mais qui peut être aussi minérale ou métallique. Aujourd’hui, même si certains de ces matériaux sont connus de nom par à peu près tout le monde (le carbone surtout), ils restent globalement sous-utilisés au regard de l’apport qu’ils ont dans la réalisation de pièces mécaniques. Ils sont peu connus en termes de dimensionnement et d’utilisation par beaucoup de bureaux d’études généralistes. Ils sont d’ailleurs encore trop rarement enseignés dans les IUT, universités et écoles d’ingénieurs.

En effet, le dimensionnement et les procédés de fabrication sont bien spécifiques. On ne remplace pas une pièce en acier par la même en carbone/époxyde ! Il est indispensable de repenser la pièce composite à partir des côtes fonctionnelles,de l’encombrement et des conditions d’usage.

Souvent il est évoqué le gain de masse qu’apporte le composite par rapport au métallique. Il a pourtant deux autres caractéristiques remarquables : sa tenue en fatigue et l’absence de corrosion liée au milieu environnant.

Les composites présentent cependant quelques inconvénients. Ils sont souvent plus couteux, pour la plupart, ils peuvent vieillir suivant les conditions environnementales (humidité/chaleur) et il faut prêter attention à de potentiels couplages galvaniques (ce qui est toutefois vrai également entre certains métaux).

Yanara Technologies intervient sur le dimensionnement de structures composites de façon multisectorielle.

Les documents normatifs liés aux structures composites sont aujourd’hui « hétérogènes ». en 2010, 208 normes et documents normatifs ont été identifiés sur les matériaux composites dont 45 pour la France !

Notre objectif est de vous permettre d’exploiter au mieux les caractéristiques des matériaux composites par la détermination du renfort, de la matrice, des principes constructifs et du process les plus adaptés à la problématique rencontrée.

L’orientation des fibres est une étape clé dans le dimensionnement d’une structure composite. Une étude des flux d’efforts dans la pièce est donc indispensable. Le besoin d’une rigidité flexionnelle importante peut amener à l’utilisation d’une structure sandwich plutôt qu’une structure monolithique, mais qui sera plus sensible au flambement etc.

Le but n’est pas ici de retracer toutes les étapes de conception d’une structure composites mais plutôt de signifier qu’obtenir une structure composite optimale demande une expérience significative dans cette démarche.