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En anglais
RÉSUMÉ
Les structures dites « sandwiches » résultent de l'assemblage par collage ou soudure de deux peaux minces sur une âme plus légère et de plus faibles caractéristiques mécaniques qui maintient leur écartement et transmet par cisaillement les actions mécaniques d'une peau à l'autre. Ce dossier présente le concept de structure sandwich au travers d'une description de la nature et des propriétés des matériaux constitutifs, de quelques notions relatives à la conception des pièces sandwiches, des principales méthodes de fabrication, des techniques de jonction et finition, et des différentes applications
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The so called "sandwich" structures are produced by gluing or welding two thin skins on a lighter core with lower mechanic characteristics which maintains their spacing and transmits by shearing mechanical actions from one skin to the other. This article presents the sandwich structure concept through a description of the nature and properties of the constitutive materials, several notions related to the design of sandwich parts, the main manufacturing methods, bonding and finishing techniques and the various applications.
Auteur(s)
-
Christophe BINÉTRUY : Professeur au département Technologie des polymères et composites et Ingénierie mécanique de l'École des Mines de Douai - Responsable du groupe Composites
INTRODUCTION
Les structures dites « sandwiches » occupent une place importante dans le domaine de la construction des pièces composites. Elles sont présentes dans pratiquement tous les domaines d'application. Ces structures résultent de l'assemblage par collage ou soudure de deux peaux (ou semelles) minces sur une âme (ou cœur) plus léger et de plus faibles caractéristiques mécaniques qui maintient leur écartement et transmet par cisaillement les actions mécaniques d'une peau à l'autre.
Ce dossier présente le concept de structure sandwich au travers d'une description de la nature et des propriétés des matériaux constitutifs, de quelques notions relatives à la conception des pièces sandwiches, des principales méthodes de fabrication, des techniques de jonction et finition, et des différentes applications.
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Matériaux pour la construction sandwich
En anglais
1. Intérêt des sandwiches
Les matériaux sandwichs connaissent un essor important, tant dans les applications les utilisant, que dans les technologies les mettant en œuvre. Ils sont ainsi largement utilisés dans tous les secteurs industriels et notamment les transports, la marine, le nautisme, l'aéronautique, l'aérospatial, les sports et loisirs, l'industrie lourde, le génie civil et l'armée. Leur consommation ne cesse d'augmenter.
D'une manière générale, on trouve des sandwiches dans toutes les applications où le rapport rigidité/masse volumique apparente de la structure doit être le plus élevé.
Les sandwichs présentent un intérêt pour les applications qui requièrent à la fois rigidité et légèreté. Ils sont constitués (figure 1) de deux peaux (ou semelles) éloignées l'une de l'autre par une âme creuse ou pleine (figure 2), qui maintient leur écartement.
La théorie de la résistance des matériaux montre en effet que la rigidité en flexion d'un panneau est proportionnelle au cube de son épaisseur. De ce fait, le rôle d'une âme dans un composite multicouches est d'accroître le module du stratifié en augmentant de manière significative son moment d'inertie (via l'épaisseur) par adjonction d'un matériau de faible densité. Il peut ainsi en résulter une augmentation considérable de la rigidité pour un accroissement de masse minime.
La figure 2 compare les performances mécaniques en flexion entre un panneau monolithique de référence et deux panneaux sandwichs dont les faces sont réalisées avec le matériau du panneau de référence. Si l'on choisit une âme de très faible densité, l'augmentation de son épaisseur ne pénalise pas le poids du panneau et permet d'augmenter fortement les caractéristiques en flexion.
Cette configuration de matériau sandwich peut être assimilée à une poutre en I (poutre IPN), dans laquelle les peaux jouent le rôle des deux ailes de la poutre, et l'âme celui du raidisseur central (figure 3). Pour ce mode de sollicitation, il apparaît que la peau supérieure est chargée en compression, la peau inférieure en traction, et l'âme en cisaillement.
En conséquence, parmi les propriétés les plus importantes...
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Intérêt des sandwiches
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