Stratification sandwitch - REX et amélioration

Bonjour,

En cherchant sur internet des informations sur les propriété des fibres composites, je suis tombé sur cet excellant article https://f3news.1fr1.net/t1936-proprietes-des-materiaux-composites

Les forums spécialisés sur ces matériaux sont malheureusement inexistants, je suis contraint de polluer des forums de kayak, voile, surf et maintenant planeur. Je partage ici mon petit retour d'expérience sur un moulage composite, mais je me doute que les contraintes mécaniques que je dois gérer sont bien différentes que celles auxquelles vous êtes habituées. Voici la chose :



L'idée c'est que ma pièce travaillera toujours en compression. Sur le dessus de la planche, les fibres longitudinales travaillent en compression. Sur le dessous, en traction. Les fibres composites et surtout carbone sont très peu résistantes à la compression : j'ai fait d'autres éprouvettes plus petites, ça casse toujours du côté où la fibre travaille en compression.

Je me demande comment améliorer mon sandwich, sachant que je cherche à minimiser le poids. La charge finale est composée :
- Surtout, d'une charge statique de 10kg selon la flèche rouge + chocs et vibrations. J'accepte éventuellement un peu de flex longitudinal
- D'efforts en torsion (moindres quoique difficiles à quantifier) mais je ne tolère moins le flex en torsion.

La couche carbone-innegra n'apporte pas grand chose en solidité, c'est plus une couche de sécurité pour garantir que le tout reste en un seul morceau en cas de casse. Le choix du carbone-kevlar est orienté pour la résistance aux chocs et au prix moindre que carbone seul.

Je pensais utiliser un renfort unidirectionnel de carbone dans le sens longitudinal. Mais considérant que l'effort est asymétrique, pourquoi concevoir un sandwich symétrique ? Je pense à plusieurs axes d'amélioration :

- Ajouter un renfort carbone uni-dir dessus/dessous
- Ajouter une seconde couche carbone-kevlar uniquement dessous
- Remplacer mon tissu carbone-kevlar par un quadri-axial kevlar, ce qui me donnerait peut-être plus de flex longitudinal (la fibre longitudinale actuelle étant carbone) et réduirait le flex en torsion (actuellement il n'y à rien à 45°). Je viens de voir un tissu à 250g/m² à pas cher du tout...

Une future version pourrait être, en partant de l'âme en mousse :
- Couche de sécu carbone-innegra avec innegra dans le sens longi (je l'ai déjà en stock)
- Renfort UD carbone dans le sens longi (utile ? éventuellement uniquement en dessous), très peu onéreux
- Quadriaxial kevlar

Sur l'éprouvette l'âme en mousse est un bloc d'isolant pour sol (grande surface bricolage) d'origine 40mm, réduit à 12mm sur CNC. Ce paramètre est facilement modifiable : peu d'impact sur le poids, même temps d'usinage, par contre résultats mécaniques très différents...

Au passage, c'était mon 2ème montage sous vide, et je suis très (agréablement) surpris du taux de résine final, au point que ça devient suspicieux. Voilà mes notes :

notes a écrit:

mousse 120x475x12mm, 19g (0.000684m^3, 30kg/m^3)
fibre 140x475mm :
- 1x carbone-kevlar : officiel 200g/m², pesé 23g soit 173g/m²
- 1x carbone-innegra : officiel 150g/m², pesé 20g soit 150g/m²

Préparation résine+durcisseur : 60+24=83g

Poids sec 62g (mousse+tissus)
Poids final 88g (après démoulage)
Seulement 26g résine absorbée soit 62% fibre 38% résine

Voilà voilà, je suis preneur de tous les avis !
Merci

Salut,

La plupart du temps les ruptures se font sur le coté compression par délaminage.

A regarder la photo on a une curieuse impression, comme si ta couche de composite supérieure n'est pas dans le même sens que celle de dessous. Si le carbone est en compression c'est bien.

Bref ce n'est pas le plus important, pour moi la rupture de ton échantillon est surtout liée à la rupture de ton matériau sandwich et non pas à la rupture de la fibre. Ton extrudé semble s’être enfoncé et  la plaquette s'est effondrée
Pour que cela tienne mieux il faudrait de l'airex de bonne densité ou un extrudé beaucoup plus dense à la place de ta mousse.

Coté résine c'est en effet particulièrement bas en taux, ça m'arrive sur des ailes moulées mais plutôt autour de 70/75% mais pas avec n'importe quel tissu! Mais comme tu n'as pas de délaminage on peut penser que tu as assez de résine, même si cela semble très bas en imprégnation.
Je ne connais pas le carbone innegra, mais avec le kevlar, en général les morceaux restent attachés!

Ne sachant pas ce que tu veux faire avec ta pièce il est difficile d'aller plus loin dans les conseils et l'analyse de ton besoin.

Je ne fais que des ailes de planeurs de type F3Q ou F3B (en moule), et le carbone est surtout utilisé pour ses qualités de raideur. Quand je fais des ailes coffrées fibre sur noyau extrudé j’utilise surtout du verre et je reserve le carbone pour le
longeron.

Cordialement

hello
en compression c'est souvent la résine qui casse la première (avant la fibre). Pas le choix que d'épaissir localement le stratifié.

J'ai fait comme toi des essais de résistance de longerons il y a quelques années.
Je suis parti comme toi avec une base en mousse. Les résultats ont été catastrophiques et tous les longerons ont rompu par flambage (en compression) bien avant la rupture des fibres en traction.

Donc en premier, remplacer ton polystyrene. Part sur de l'Airex ou du Rohacell ou, si tu as de forts risques de chocs, part sur du balsa enduit de bouche pore.

Avec une âme balsa, j'ai pu obtenir de bons résultats et assez bien corréler théorie et pratique pour mes longerons.
Pour la théorie, j'ai repris et enrichi un fichier Excel trouvé il y a 20 ans sur le net qui est basé sur les bonnes vieilles formules de résistance des matériaux que tu peux retrouver dans la bible (le Timoshenko).
Il est ainsi possible de prédire la masse des ailes, la flexion / rupture en flexion, tout comme la vérification du bon comportement en torsion...
Mais pas encore la résistance aux manipulations, chocs divers, aux dents du chat, etc. Là, c'est encore l'expérience qui compte...

En second lieu, il faut lier intrados et extrados par une âme (balsa habillé de carbone à 45°). coller simplement la fibre sur la mousse n'est pas suffisant, en tout cas pour une aile. Comme alternative, Tu peux aussi insérer des mini longerons verticaux qui vont aussi améliorer la résistance au flambage.

Pour rappel, le flambage intervient chaque fois que la fibre n'est pas maintenu parfaitement droite sur une longueur plus grande de 6 fois son épaisseur. Cela va donc assez vite! Et cela flambe en dessous de la moitié des efforts dits "normaux".

Attention donc à bien intégrer ce paramètre, surtout si tu fais la course au poids.


Marc

L'application finale est une remorque de vélo. 25cm de large par 80 de long, une petite roue d'un côté et un système de liaison au vélo de l'autre. Là où mon test est un peu méchant, et là où mon descriptif est assez mauvais, c'est que dans la vraie vie, le poids est plus ou moins réparti sur la planche.

Laurent a écrit:

en compression c'est souvent la résine qui casse la première (avant la fibre)

Du coup, si la pièce travaille toujours dans le même sens, est-ce que ça fait sens de mettre une couche supplémentaire de fibre côté traction, pour rigidifier ce côté et limiter les efforts absorbés par l'autre face ?

Voici de plus près la zone cassée :




L'âme n'est pas en polystyrène, ça serait plutôt du polyéthylène (densité x3). C'est ce qui est sous nos planchers, évidement quand on appui dessus avec le pousse ça s'enfonce un peu, mais bon on met quand même des machines à laver dessus.

Daniel a écrit:

A regarder la photo on a une curieuse impression, comme si ta couche de composite supérieure n'est pas dans le même sens que celle de dessous. Si le carbone est en compression c'est bien.

Balèze le Daniel ! En effet, tu as raison. Je n'avais moi-même par remarqué... Je crois que j'ai fait cette éprouvette l'année dernière plus pour tester mon système de mise sous vide, avec les chutes qui me restait. Du coup, c'est dommage ça ne permet de conclure à rien mon affaire. J'ai quand même refait un test sur la partie intacte de la planche, posée à l'envers (carbone en traction, kevlar en compression, mais attention on travaille sur une plus petite longueur de planche). Et bien même en faisant quelques mouvements, ça tient tout mon poids !

Tu vas donc avoir des problèmes de poinçonnage par les charges sur la face du composite qui sera en compression. Pas bon cela!

Donc conseil : Remplace ta mousse par du balsa. 30kg/m3 c'est très faible. 71 (Airex) ou mieux balsa (100 à 150) est à préférer. Ce ne sera pas le poids l'écart de poids qui sera important. Bien au contraire. Et cela améliorera à la fois la tenu au flambage et celle au poinçonnage.
Coupe ta planche sur sa longueur et stratifie le champs avec du carbone.

Ensuite il faudra peut être mettre une couche "martyre" pour absorber tous les chocs des charges. Il y a des mousses assez dures qui devraient être parfaites ou du tout simplement du CtP.

Tu as aussi la possibilité d'augmenter l'épaisseur de balsa ce qui va rigidifier ta poutre.

N'oublie pas de fermer ta planche par du composite sur tous les champs (pourtour de ta planche). Cela la rigidifiera planche et évitera le délaminage du composite.

Tu peux aussi te servir des côtés (flancs) pour rigidifier ta planche.

Pleins de solutions pour toi, et d'autres problèmes à résoudre...

Marc