Analyse de la problématique

Nous rappelons que la problématique de l’étude énoncée au Chapitre I se décline sur deux

niveaux. La problématique générale de l’étude est :

Comment modéliser le comportement mécanique des assemblages HBC ?

Cette problématique est motivée par l’étude de l’application des assemblages HBC aux jonctions longitudinales de fuselage :

Comment dimensionner géométriquement et mécaniquement une jonction HBC apte à remplacer son équivalent boulonné sur avion ?

L’étude au niveau général des assemblages HBC doit donner les outils nécessaires à l’étude au niveau particulier.

3.1.1 Au niveau général

Le comportement mécanique des jonctions HBC doit donc être déterminé.

Il s’agit alors de s’interroger sur les modélisations envisageables, sur les moyens à mettre en œuvre pour les développer ainsi que sur les hypothèses à adopter. Une fois les modélisations développées, il faut s’interroger sur leur validité et leur représentativité de la réalité. Enfin, l’application de ces modélisations permet de dégager le comportement mécanique des assemblages HBC.

La détermination du comportement mécanique implique le développement de modèles entièrement paramétriques afin de lancer des études d’influence. Les études d’influence sont facilitées par l’usage d’outils dont les temps d’utilisation et d’exploitation sont courts. Par ailleurs, de manière générale, les modélisations qui requièrent peu de temps de calcul sont basées sur des hypothèses simplificatrices, et aboutissent à des résultats incomplets et imprécis, mais parfois suffisants.

Ainsi, deux modélisations sont à envisager afin de comprendre précisément et efficacement le comportement mécanique des assemblages HBC : une modélisation globale et une modélisation plus locale, qui permet d’accéder à des informations précises et ignorées par la modélisation globale. L’approche expérimentale du comportement mécanique doit consister à valider et calibrer les modèles développés, et donc autoriser à dégager les tendances comportementales des assemblages

HBC.

Néanmoins, l’application au cas particulier permet d’apporter quelques simplifications à l’étude du cas général, sans pour autant limiter les méthodes utilisées. Les assemblages à recouvrement simple ou double sont à considérer. De plus, ces assemblages sont à charger dans leur plan. L’analyse du transfert de charge est alors prédominante.

3.1.2 Au niveau particulier

Le développement de modélisations pour déterminer le comportement mécanique global et local des assemblages HBC implique la création d’outils spécifiques, qui seront alors adaptés aux cas d’application des jonctions longitudinales de fuselage.

Il s’agit alors de déterminer les caractéristiques mécaniques et géométriques d’une jonction HBC à deux fixations, pour laquelle le mastic d’interposition est remplacé par un adhésif à

caractériser. De plus, les contraintes industrielles pour l’utilisation de la technologie HBC doivent être considérée, en particulier dans le choix de l’adhésif.

Les contraintes industrielles pour l’assemblage au moyen de jonctions HBC sont de plusieurs ordres et doivent s’appliquer à l’adhésif idéal du cas d’application.

L’idée générale est que l’adhésif idéal doit remplir les fonctions du mastic d’interposition : corrosion, fretting, étanchéité… Il devra avoir des temps technologiques compatibles avec les temps d’assemblage sur la chaîne de montage : temps d’application, temps d’assemblage et temps de polymérisation pour les températures de l’atelier (entre 15 et 30°C).

Plus précisément, les contraintes se situent au niveau :

- de la préparation de surface : elle doit se faire par simple dégraissage à l’aide d’un solvant ; - de la mise en œuvre de l’adhésif : il faut éviter les bi-composants ou s’arranger pour que le

mélange soit aisé et non nocif ; de plus, la colle doit être compatible au niveau de l’adhérence avec les peintures utilisées ;

- de l’application de l’adhésif : il faut se rapprocher le plus possible des conditions actuelles de pose du mastic d’interposition ;

- de l’accostage des tronçons : il faut autoriser le glissement des tôles et de l’adhésif ;

- du perçage : il s’effectue sur de la colle fraîche et non polymérisée, s’assurer de la compatibilité de la colle avec les lubrifiants de perçage et s’interroger à la fois sur l’incidence des traces de colle sur les outils et les moyens de perçage, ainsi que sur le phénomène de fluage de la colle après perçage ;

- de la pose du cordon de mastic : il faut s’assurer de la compatibilité de la colle avec ce cordon de mastic ;

- de la pose des fixations : il faut prendre en compte le type et les dimensions des fixations utilisées et respecter les contraintes métal/métal avec le fluage de la colle à la pose ;

- du nettoyage : il faut s’assurer de la possibilité de nettoyage de l’adhésif en cas de pose accidentelle et de la résistance de la colle polymérisée aux produits de nettoyage du tronçon ; - du démoulage du tronçon constitué : il faut vérifier la possibilité de manutention du tronçon

sur colle non complètement polymérisée ;

- de la réparation : il faut permettre un désaccouplement d’un ensemble déjà polymérisé.

3.2 Analyse de l’étude bibliographique

3.2.1 Difficultés et lacunes

L’étude bibliographique a relevé un manque d’informations sur la connaissance du comportement mécanique d’une jonction HBC. Peu de travaux ont été réalisés : seules des approches numériques et expérimentales ont été développées pour approcher le comportement mécanique des assemblages HBC. Par ailleurs, les développements analytiques présentés (cf. 2.3.2 et

2.3.3) ne s’intéressent pas à la répartition des charges transférées dans les substrats et les fixations.

De plus, le comportement mécanique n’y est pas analysé.

Au niveau du collage, de nombreuses études sont disponibles. Cependant, l’analyse du transfert de charge dans les substrats est peu fréquente, puisque l’objectif principal de ces études est la détermination de la répartition des contraintes adhésives.

Par ailleurs, la multiplicité des formulations sur la rigidité des fixations montre la difficulté

d’approcher ce paramètre fondamental dans le dimensionnement des jonctions boulonnées. Par conséquent, il est légitime de penser que ces difficultés s’appliquent aussi au niveau des jonctions hybrides.

3.2.2 Ressources

Les études expérimentales réalisées sur les jonctions HBC composites montrent déjà que ce type d’assemblage est envisageable tant au niveau de la tenue statique qu’en fatigue.

De nombreuses approches analytiques existent pour le collage ainsi que pour le boulonnage. Ces approches montrent aussi que le développement de programmes informatiques basés sur les développements analytiques est bien adapté à la détermination du comportement mécanique des assemblages.

Des modélisations numériques pour le collage et le boulonnage ont été développées. Elles permettent de définir le comportement local de chacun des deux types de jonction et en particulier d’accéder aux surcontraintes situées en fin de recouvrement pour la jonction collée, et, en bord de trou pour la jonction boulonnée. Elles permettent d’affiner et de vérifier les approches analytiques et de mieux comprendre les résultats expérimentaux.