Optimisation multi objectif des facteurs d’influence sur la performance et fiabilité des assemblages composites hybrides

Abstract

اﻟﻣﻠﺧص )ﺑﺎﻟﻌرﺑﯾﺔ( : يعتبر تقليل الوزن الهدف الأساسي في صناعة الطيران والسيارات فالمواد المتكونات عناصر مهمة في انجاز القطع الميكانيكية لأنها تتمتع بمقاومة عالية مقارنة مع المواد الأخرى وكتلة ضعيفة. عند استخدامها في تصميم هياكل معقدة، غالبًا ما يكون من المستحيل استعمالها في قطعة واحدة، مما يتطلب استخدام عناصر تجميع (اللوالب و البراشم) وهذا يؤدي لانقطاع داخل المكونات وغالبًا ما تكون مواقع لتركيز الإجهادات. هذا هو السبب في أن استعمال الغراء أصبح أكثر شيوعًا لأنها كذلك أخف بكثير بالإضافة إلى كونها أكثر صلابة.لكن لسوء الحظ، من الصعب جدًا فحص تجميعات ملصقة لتحديد العيوب،لأن وجود تشققات في المادة اللاصقة لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة. تتناول هذه الأطروحة اعتماد مناهج التحسين متعددة الأهداف خلال مراحل عملية التصميم بالتجميعات للأمان العالي و الموثوقية والأداء. تناول البحث مشكلة التركيبات المختلطة يعني تجميعات تستعمل فيها الحلول التكنولوجية الغراء واللوالب (مجمعة بلوالب وملصقة بغراء في آن واحد) للهياكل.الهدف الرئيسي هو تحسين العوامل المؤثرة باستخدام كل من الخوارزميات الجينية (GA) وتصميم التجارب (EP) لتحسين الأداء الميكانيكي لهذا النوع من التجميعات. النتائج التي تم الحصول عليها من المناهج المستخدمة تتوافق بشكل جيد مع تلك التي تم الحصول عليها من خلال الدراسات النظرية والتجريبية الموجودة في الأطروحات العلمية في العالم. ----------------------------------------------

La minimisation du poids étant un objectif primordial pour l’industrie de l’aéronautique et de l’automobile, les matériaux composites sont des éléments importants de la conception des composantes mécaniques puisqu’ils possèdent une résistance élevée par rapport à leur masse. Lorsque ceux-ci sont utilisés afin de concevoir des structures complexes, il est souvent impossible de les concevoir en une seule pièce, ce qui nécessite l’utilisation de joints. Ces joints introduisent des discontinuités dans la répartition des contraintes à l’intérieur des composantes et sont souvent des sites de concentration de contraintes. Par conséquent, ils peuvent limiter les performances d’une structure, en plus d’en augmenter la masse de façon significative suite à l’utilisation d’éléments d’assemblages mécaniques tels que des boulons ou des rivets. C’est pourquoi les joints collés sont de plus en plus populaires car ceux-ci sont beaucoup plus légers que les joints boulonnés ou rivetés en plus d’être souvent plus rigides. Malheureusement, il est très difficile d’inspecter un joint collé pour en identifier les défauts car la présence de fissures dans l’adhésif ne peut être observée à l’œil nu. C’est pourquoi, en mécanique, ce type de joints n’est pas accepté pour des applications structurales par les autorités de certification. Pour pallier à ce problème, l’utilisation de joints hybrides, c’est-à dire des joints utilisant un adhésif et des éléments de fixations mécaniques, sont de plus en plus favorables. Par contre, ces joints sont souvent très peu optimisés suite à un manque de connaissances des interactions entre les méthodes d’assemblages utilisées.

L’objectif principal de ce travail est de proposer une nouvelle méthodologie de conception des joints hybrides. Pour ce faire, des outils d’analyses performants comme les Algorithmes Génétiques (AG) et les plans d'expériences (PE) permettant d’améliorer la compréhension du comportement des joints hydrides lorsque soumis à un effort externe ont été mis en place. Les résultats obtenus à partir des approches utilisées sont en bonne concordance avec ceux obtenus par des études théoriques et expérimentales trouvés dans la littérature ----------------------------------------------The weight minimization is an objective of a primary concern in aeronautics and automobile industries. The composite materials are important elements in the design of mechanical components since they have a higher resistance with respect to their mass. When these materials are used in the design of complex structures it is often impossible to design them in one part thus it requires the use of joints. These joints introduce discontinuities in the stress distributions inside the components and are often stress concentration sites. Consequently they may compromise the performance of the structure and moreover they result in a significant increase of the mass due to the use of mechanical assembly elements such as bolts or rivets. That is why the bonded joints are more preferred due to their lighter weight than the bolted or riveted joints and are often more rigid. Unfortunately it is too difficult to inspect a bonded joint in order to identify the flaws since the cracks inside the adhesive cannot be observed with the naked eye. This is why in mechanics this type of joints is not accepted for structural applications by the Certification Authorities. In order to overcome this problem, the use of hybrid joints i.e. the use of adhesive and mechanical assembly elements are more and more favorable. However, these type of joints are less optimized due to the lack of a better understanding of the interactions between the coupled assemblies methods used. The main objective of this work is to propose a new design methodology of hybrid joints. In order to carry this, performing and robust analysis tools such as Genetic Algorithm (GA) and Design of Experiments (DOE) are used since they allow improving and better understanding of the behavior of hybrid joints when subjected to external loads. The results obtained from the approaches used are in good agreement with those obtained from theoretical and experimental studies found in the literature.