Comportement d’une réparation en escalier obtenue par Jet d’Eau Abrasif

Step repaired coupons involving Abrasive Water Jet machining

¹ Université de Toulouse, INSA, UPS, Mines Albi, ISAE, ICA (Institut Clément Ader), Groupe MSC, IUT P. Sabatier, dépt. GMP, 133C Av. de Rangueil, 31077 Toulouse Cedex 4, France
e-mail : laurent.crouzeix@iut-tlse3.fr
² SaRL Composites, Expertise et Solutions, 4 rue Georges Vallerey, 31320 Castanet Tolosan, France
³ JEDO Technologies, Rue du Chêne Vert, BP 78204, 31682 Labège, France

Reçu : 19 Septembre 2011
Accepté : 28 Mars 2012

Résumé

Des éprouvettes carbone/époxy pour évaluer la qualité d’une réparation en escalier sont usinées, réparées puis testées mécaniquement. L’usinage préalable à la phase de réparation est effectué par Jet d’Eau abrasif, sous forme de marches régulières de ratio 1/30, et dont la profondeur correspond à l’épaisseur d’un pli. Le relâchement des contraintes résiduelles observé pendant la phase d’usinage est quantifié grâce à la technique de mesure de champs par stéréovision, et simulé par EF. La plaque usinée est ensuite reconstruite par remplacement des plis usinés, et cocuit en autoclave. Le schéma de stratification de la partie réparée est décalé d’un pli par rapport à la zone initiale, de manière à restituer le transfert de charges. Des éprouvettes sont découpées dans les plaques réparées, et sollicitées en traction. Les résultats montrent que les charges à rupture obtenues atteignent 70 % des charges à rupture d’éprouvettes «vierges». L’analyse des fragments des éprouvettes démontre que la rupture de la zone de collage dans les interfaces 0/0 est à l’origine de la rupture finale de toutes les éprouvettes. Le croisement essais/calcul conduit à l’évaluation d’un critère de rupture en contrainte de cisaillement admissible pour l’interface zone parent/patch.

Abstract

Carbon/epoxy coupons are machined, repaired, and tested to estimate the behaviour of a step-lap repair. The repair process involves Abrasive Water Jet machining to obtain regular steps with a depth equal to ply’s thickness. Digital Image Correlation using stereovision, as well as FEM simulations, are used to study the release of the residual stresses during machining. Machined plates are repaired by co-bonding epoxy-carbon plies with reconstruction plies in autoclave. The chosen stacking sequence for the repair plate is the same than the initial one, with one ply shifting, in order to improve loading transfers. Then tensile coupons are cut from repaired plates and tested under tensile load. Experimental results show that repaired coupons reached 70% of the load achieved by healthy ones. Fracture seems to occur in the interface between two 0° plies, for all types of coupons. For this type of repair, comparison between experimental and numerical data allows to obtain a fracture criterion based on an ultimate shear stress in the bonding.