Essais & Simulations n°125

essais et modélisation

essais et modélisation En pratique Comment les composites ont envahi l’industrie aéronautique… Conséquences sur la conception et la simulation Depuis longtemps déjà, l’industrie aéronautique a utilisé le concept de « tolérance aux dommages » pour ses avions utilisant les matériaux métalliques. Le besoin de réduction de la consommation couplée à un environnement économique de plus en plus concurrentiel ont en effet conduit cette industrie à un niveau d’allègement qui n’est plus compatible avec une conception « sans défaut ». L’idée est de tolérer l’apparition de dommages, tout en étant capable d’en contrôler la croissance, et en tous les cas de pouvoir stopper cette croissance ou réparer le composant lors des phases de maintenance de l’avion. Bien maîtrisée dans le cas des matériaux métalliques, son extension aux matériaux composites s’est avérée tout sauf triviale vu la nature complexe de ces derniers. Pourtant, des avions comme l’Airbus A350 ou le Boeing 787 sont composés d’ores et déjà de plus de 50 % de carbone ! Et bien avant eux, d’autres les avaient précédés. Il faut néanmoins constater que la conception de tels appareils reste un challenge pour l’industriel : nombreux modes d’endommagements, sensibilité aux micro- fissures (« barely visible damages ») ont pour effet d’augmenter le degré de complexité d’une telle conception. Cependant, ces désagréments sont contrebalancés par une excellente tolérance à la présence de dommages ainsi qu’à la corrosion qui permet d’entrevoir une utilisation de plus en plus large de ces matériaux ainsi qu’une utilisation de plus en plus complète de la réserve de résistance des structures composites. Ce défi, les clients de Siemens PL tels que Airbus Innovation l’ont pleinement relevé, en témoignent les succès du programme A350 qui a permis de concevoir en un temps record un avion d’une toute nouvelle génération capable de rencontrer les défis tant techniques qu’économiques posés par un monde en évolution rapide. Concevoir… et réaliser des pièces composites de (très) grande taille Pour l’industrie aéronautique, le premier défi à relever fut incontestablement celui des procédés de fabrication. Concevoir des pièces composites de grande, voire très grande taille, ne coulait pas de source lorsque ce besoin doit être rencontré dans le cadre de fabrication de séries pouvant aller jusqu’à plusieurs milliers d’exemplaires. Mais au- delà du choix de ces procédés, leur impact sur la chaîne de conception devait être pris en compte : à quoi sert, en effet de concevoir une structure qui satisfait tous les objectifs de performances, mais qui se révèle impossible (ou trop coûteuse) à fabriquer ? La solution chez Siemens PL réside dans l’utilisation du logiciel Fibersim qui, au départ d’une géométrie CAO, permet de simuler les procédés de drapage automatique ainsi que les procédés de placement des fibres. Il devient alors possible, très tôt dans la chaîne de conception, de vérification le caractère « manufacturable » de la pièce et de prendre en compte les contraintes inhérentes à un procédé donné afin d’anticiper au maximum les difficultés liées à la mise en œuvre des composites. Mieux utiliser le potentiel complet des matériaux composites Exploiter pleinement le potentiel des matériaux composites constitue le défi numéro 1 du concepteur en quête de réduction de la consommation en carburant ainsi que des émissions polluantes. Comme dans le cas des matériaux métalliques, la conception d’un avion « sans dommage » conduirait inévitablement à un design peu économique lié à la non- utilisation d’une très grande réserve de résistance des composites entre le moment du premier endommagement (« first ply failure ») et la ruine totale du composant (Figure 1). Comparaison entre apparition du premier défaut et ruine totale d’un panneau composite 16 IESSAIS & SIMULATIONS • N° 125 • Mai-Juin 2016