Research Article

Influence de la séquence d'empilement et de la géométrie d'un patch composite sur l'efficacité du renforcement d'une structure métallique trouée

Influence of ply orientations and patch geometry on the efficiency of reinforcement of a metallic structure

Jean-Denis Mathias^a1, Xavier Balandraud^a1 and Michel Grediac^a1

^a1 Laboratoire de mécanique et ingénieries (LaMI), Campus de Clermont-Ferrand, Les Cézeaux, BP 265, IFMA, 63175 Aubière Cedex, France

Résumé

Le travail traite de l'utilisation de patchs composites pour le renforcement des structures métalliques. De nombreuses études ont été menées dans le passé sur la réparation des structures vieillissantes déjà fissurées, notamment dans le domaine de l'aéronautique. La voie étudiée ici consiste à prévenir l'apparition des fissures en collant un patch composite sur la zone à soulager ou dans son voisinage. Par analogie aux solutions adoptées en réparation, une première approche du renforcement étudiée ici consiste à coller un patch de forme carrée. Ensuite, une liberté est donnée à la géométrie du patch. Une courbe spline est choisie afin de modéliser son périmètre. Un algorithme génétique est utilisé pour optimiser les positions des points de contrôle de la courbe, ainsi que l'orientation des plis du composite. L'optimisation est appliquée dans le cas d'un essai de traction sur une plaque trouée. La solution permet une déviation des contraintes loin de la zone sensible et montre l'intérêt d'un patch de géométrie optimisée par rapport à un patch de forme carrée.

Abstract

This paper deals with the use of composite patches to relieve a loaded metallic structure. Repair of aging structure was previously studied, mainly for aircraft industry. Another solution consists in preventing the apparition of cracks or damages by bonding a composite patch on the sensible area. From solutions proposed for structure repairs, a composite patch with square shape is first tested. Then some degrees of freedom are added to the patch shape so as to strongly deviate the stresses far from the area to relieve. A spline curve is chosen to model the patch shape to reach this goal. A genetic algorithm is applied to optimize the location of the spline control points and the composite ply angles. An optimization is performed for a tensile test on a plate with a hole. It is shown that optimized patches are more efficient than square ones.

(Received March 31 2004)

(Accepted October 17 2005)

(Online publication May 10 2006)

Key Words:

• Composite patch ;
• reinforcement ;
• optimization ;
• genetic algorithm ;
• spline

Mots clés:

• Patch composite ;
• renforcement ;
• optimisation ;
• algorithme génétique ;
• spline

Correspondence:

^c1 jean-denis.mathias@ifma.fr