Programme > Outils et méthodes pour supporter la certification par l'analyse

Bruno Castanie, Jean-Charles Passieux, Jean-Noel Périé, Christophe Bouvet, John-Eric Dufour, and Joel Serra

Institut Clément Ader (ICA)

Essais multiaxiaux de structures composites aéronautiques avec le banc VERTEX

La certification des structures composites aéronautiques repose sur une approche pragmatique et pilotée par la sécurité appelée ” Pyramide d’essais ” (1,2). Elle est essentiellement expérimentale mais utilise un dialogue fort essais/calculs. Le premier niveau de la pyramide est celui des essais sur coupons, qui permettent d’obtenir les valeurs admissibles pour les sections courantes, les jonctions et l’impact, en considérant les effets environnementaux (températures et humidité) mais aussi la dispersion (valeurs A et valeurs B). Aux niveaux supérieurs, les détails structuraux, puis les sous-ensembles et, enfin, l’avion complet doivent être validés. On peut également noter que ces essais sont uniaxiaux, alors que les structures sont soumises à des contraintes multiaxiales. Au total, plusieurs dizaines de milliers d’essais sont réalisés lors de programmes tels que ceux du BOEING 787 ou de l’AIRBUS A350. Les coûts associés à cette approche sont très élevés et génèrent des temps de cycle de conception très longs. De plus, de nombreux problèmes ne peuvent être détectés que lors d’essais structuraux tardifs dans le développement du programme, ce qui génère des surcoûts importants. Il existe donc un besoin de développer une méthodologie d’essai standard à des échelles supérieures aux coupons mais sans rentrer dans la complexité des détails structuraux (3). C’est ce que nous appellerons l’échelle intermédiaire. De plus, une connaissance approfondie de la réponse structurelle en début de programme avion permet de développer et de réaliser des modèles numériques qui deviendront plus fiables en s’inscrivant dans une d´emarche d’essais virtuels. Une revue de la littérature sur différentes technologies de banc d’essai a déjà été présentée dans (4) et (5). La conception de la machine VERTEX est issue de l’expérience passée sur les essais de structures sandwich asymétriques (6, 7). Le principe de fonctionnement de la machine est rappelé sur la figure 1. Le cahier des charges après un benchmark auprès d’industriels de l’aéronautique a permis d’´etablir une enveloppe de charge maximale à 3000 N/mm en traction ou compression, 1000 N/mm en cisaillement, plus une pression interne de 1,6 bar. L’´eprouvette est boulonnée sur la partie supérieure du caisson central situé entre les deux poutres transversales IPN. Lorsque les vérins 1 et 2 sont actionnés, l’ensemble du caisson longitudinal est soumis à une flexion à 4 points et l’échantillon peut donc être chargé en traction ou en compression. Lorsque les vérins 3 et 4 sont actionnés, le caisson central est tordu et l’échantillon est ainsi soumis à un cisaillement. Bien entendu, ces quatre vérins peuvent également être utilisés en combiné.