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Détermination de la souplesse hors plan d’un assemblage de composites boulonnés à l’aide d’une démarche d’homogénéisation

Determination of the out-of-plane flexibility of a bolted composite assembly using a homogenization approach

¹ GeM, École Centrale de Nantes, Université de Nantes, UMR CNRS 6183, 1 rue de la Noé, 44321 Nantes Cedex 3, France
² CETIM, Pôle IDA – Ingénierie des Assemblages, 74 route de la Jonelière, 44326 Nantes Cedex 3, France
³ CETIM, Pôle IDA– Ingénierie des Assemblages, 7 rue de la Presse, 42952 Saint-Étienne, France

^* e-mail: laurent.gornet@ec-nantes.fr
^** e-mail: frederic.jacquemin@univ-nantes.fr

Reçu : 15 Octobre 2017
Accepté : 1 Octobre 2018

Résumé

Dans de nombreux secteurs industriels, les matériaux composites tissés à fibres de carbone et matrices thermoplastiques semblent être une alternative prometteuse aux matériaux métalliques pour alléger les structures. Les matrices composites thermoplastiques ont un coût plus adapté à la fabrication de pièces composites avec de grandes cadences. Les assemblages de structures peuvent être des jonctions mécaniques à base de rivets, de vis ou de boulons. Dans cette étude, nous proposons de développer une approche expérimentale et numérique pour identifier les souplesses hors plan des constituants élémentaires d’un assemblage boulonné. Il n’y a actuellement aucune règle de conception pour prédire la rupture des liaisons boulonnées constituées de substrats composites thermoplastiques. Par conséquent, une étude expérimentale d’une liaison boulonnée utilisant la technique de corrélation d’images est présentée. Simultanément, des modèles éléments finis tridimensionnels d’assemblages associés à une approche d’équivalence en énergie ont été développés afin de déterminer la souplesse des éléments de l’assemblage. Ces modèles éléments finis ont ensuite été comparés avec succès à des résultats expérimentaux.

Abstract

Woven carbon fiber-thermoplastic matrix composite materials appear to be a promising alternative to metallic materials by lightening structures in many industrial sectors. Moreover, composite thermoplastic matrices have a more adapted cost to the manufacture of parts with large throughput. The assemblies of structures can be mechanical junctions based on rivets, screws or bolts. In this study, we propose to develop an experimental and numerical approach to identify the out-of-plane flexibility of the bolted assembly elementary constituents. There are currently no design rules for predicting fracture of bolted-based thermoplastic composite substrates bonds. Therefore, an experimental study of the bolted connection using the image correlation technique is presented. At the same time, three-dimensional finite element assembly models associated with an energy equivalence approach have been developed in order to simulate the flexibility of the assembly parts. These finite element models were then successfully compared to experimental results.