Impact sur structure composite sandwich architecturée : application aux pales d'avions

Impact on architectured composite sandwich structures : application to aircraft blades

• Auteur / Autrice : Marta Rallo Ayerbe
• Direction : Jean-François Ferrero, Steven Marguet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique, mécanique des matériaux
• Date : Soutenance le 09/07/2024
• Etablissement(s) : Université de Toulouse (2023-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Clément Ader (Toulouse ; 2009-....)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de délivrance conjointe : Université Toulouse 3 Paul Sabatier (1969-2024)
• Jury : Président / Présidente : Valentina Lopresto
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pablo Navarro
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pascal Casari, François Boussu

Mots clés

Mots clés contrôlés

Choc (mécanique)

Impact

Matériaux sandwichs

Mots clés libres

MEF explicite

Choc mou

Impact

Multi-échelle

Structures composite sandwich architecturée

Multiscale

Impact

Composite sandwich structures

Soft impact

Explicite FEM

Résumé

La sécurité constitue un aspect essentiel au développement des pièces et assemblages aéronautiques. Pour un avion à hélices, les pales assurent la propulsion de l'appareil, et garantissent sa portance. Elles sont essentielles. C'est pourquoi des essais de certification à l'impact oiseau sont nécessaires afin de garantir la capacité de l'avion à se poser en mode dégradé. Ces essais ont lieu à la fin de la phase de développement. Une caractérisation du comportement à l'impact en amont est nécessaire afin d'éviter d'éventuels coûts supplémentaires liés aux mauvais résultats de ces tests Les pales d'avion étudiées sont des structures composites sandwiches complexes, composées d'une âme en mousse polymère et de plusieurs couches parmi lesquelles on trouve des tresses composites, des plis composites unidirectionnels, de la mousse polymère, des renforts métalliques, des interfaces collées et autres constituants spécifiques (protection foudre, peinture...). De nombreux matériaux sont donc à considérer pour l'étape de caractérisation. A cela s'ajoute la conciliation de phénomènes à des échelles microscopiques et macroscopiques. Le travail de recherche s'attachera dans un premier temps à comprendre et à caractériser les phénomènes d'endommagement dans les conditions de certification d'impact oiseau. Cette première étape doit permettre de hiérarchiser les phénomènes physiques afin de guider le développement d'un modèle de pré-dimensionnement. Dans un second temps, une campagne d'essais de caractérisation sera menée sur les éléments constitutifs de la pale pour alimenter le modèle. Enfin, dans un troisième temps, des essais sur une éprouvette représentative d'un tronçon de pale seront menés ainsi qu'une étude de sensibilité pour mettre en évidence la capacité du modèle à représenter le phénomène étudié.

Safety is a crucial aspect in the development of aeronautical parts and assemblies. For a propeller aircraft, the blades ensure the propulsion of the aircraft and guarantee its lift. They are essential. This is why bird strike certification tests are necessary to ensure the aircraft's ability to land in a degraded mode. These tests take place at the end of the development phase. An upstream characterization of impact behavior is necessary to avoid potential additional costs associated with poor test results. The aircraft blades studied are complex sandwich composite structures, consisting of a polymer foam core and several layers, including composite braids, unidirectional composite plies, polymer foam, metallic reinforcements, bonded interfaces, and other specific components (lightning protection, paint, etc.). Therefore, numerous materials need to be considered during the characterization phase. Additionally, it is necessary to reconcile phenomena at both microscopic and macroscopic scales. The research work will initially focus on understanding and characterizing damage phenomena under bird strike certification conditions. This first step should allow the prioritization of physical phenomena to guide the development of a preliminary sizing model. In the second phase, a characterization test campaign will be conducted on the constituent elements of the blade to feed the model. Finally, in the third phase, tests on a representative specimen of a blade section will be conducted, as well as a sensitivity study to highlight the model's ability to represent the studied phenomenon.