Conception, fabrication et caractérisation d’un panneau adaptatif en composite avec actionneurs en AMF intégrés

Ce mémoire a permis de développer un outil capable de prédire la géométrie d’un panneau adaptatif qui a la capacité de changer de géométrie selon les conditions auxquelles il est soumis. Ce panneau, tel que conçu pour ce projet, est constitué de deux principaux composants : la structure hôte qui assure l’intégrité structurale du panneau ainsi que le système d’activation intégré à même la structure hôte. La structure hôte est faite d’un composite à matrice polymère (Époxy : Araldite 8605 de Huntsman) renforcé de fibres (carbone : T300 unidirectionnel de Toray). Le système d’actionnement consiste en un fil d’alliage à mémoire de forme (Ti-50.26at%Ni de SAES Getters) de 1 mm de diamètre. Afin de générer un mouvement, les actionneurs sont positionnés de sorte à créer un décalage, selon l’épaisseur, entre le plan neutre du stratifié et l’axe des actionneurs. Les alliages à mémoire de forme sont des matériaux particuliers qui ont la capacité de se contracter lorsqu’ils sont chauffés. Lors de leur chauffage par effet Joule, les actionneurs peuvent générer des forces qui sont transmises au panneau adaptatif par le biais d’un système de fixation. Un moment de flexion est ainsi généré grâce au décalage entre les actionneurs et le plan neutre du panneau, déformant ainsi le panneau adaptatif.
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\nLe fondement de l’outil de conception est basé sur la combinaison de la rigidité de la structure hôte et de la capacité d’actionnement de l’AMF. Un modèle par éléments finis développé dans le logiciel Ansys 13 permet d’obtenir la rigidité de la structure hôte en fonction des différents paramètres (orientation, nombre de couches) du stratifié qui la compose et de la position de l’actionneur (position selon l’épaisseur, espace entre deux actionneurs). Selon ce modèle, il apparaît que le rayon de courbure d’un tel panneau est constant sur toute sa longueur et que la longueur du panneau n’influence pas les résultats. De plus, les résultats montrent que la rigidité est constante peu importe la déformation axiale de l’actionneur. Fait intéressant à noter, plus la distance entre les actionneurs est grande, plus la rigidité ressentie par chacun des actionneurs est élevée.
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\nLa capacité d’actionnement des AMF est évaluée de façon expérimentale. Pour débuter, il a été démontré qu’un traitement thermique de 550°C pendant une heure augmente de façon significative l’énergie produite par les actionneurs tout en modifiant leur température de transformation. Par la suite, une stabilisation de 100 cycles à 150 MPa des actionneurs permet de créer un comportement à effet mémoire de forme double sens tout en permettant de générer une contrainte suffisamment élevée. Finalement, l’enveloppe de fonctionnement de l’actionneur est créée en fonction des températures d’activation qui varient de 50°C à 150°C.
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\nLes propriétés respectives des AMF et de la structure hôte permettent ensuite de créer le diagramme de conception. Ainsi, il est possible d’exprimer le rayon de courbure (objectif) en fonction de la température d’activation et de la configuration du stratifié. Cette relation est finalement vérifiée expérimentalement. Pour ce faire, un panneau adaptatif à 4 couches [903/FIL/90] est fabriqué selon la méthode de moulage par transfert de résine sous vide et installé sur un banc d’essai conçu à cet effet. À ce sujet, divers paramètres ont été explorés lors de la fabrication afin de trouver les conditions de fabrication adéquates. Il apparaît qu’une direction d’infusion perpendiculaire à l’orientation des actionneurs offre de meilleurs résultats. De plus, l’utilisation d’une gaine permet d’éliminer les gabarits de montage qui seraient nécessaires afin de tenir les actionneurs en place lors de la mise en forme et du traitement de post-polymérisation.
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\nLes résultats montrent que, lorsque les actionneurs sont chauffés par effet Joule, le rayon de courbure mesuré se compare à ceux établis à partir de l’outil de conception. Toutefois, la température mesurée ne concorde pas avec les valeurs théoriques. Ainsi, il est nécessaire d’appliquer un facteur de correction sur la température mesurée en se basant sur les propriétés des AMF. Un tel facteur permet d’établir une correspondance entre le rayon de courbure mesuré et le rayon de courbure provenant de l’outil de conception. Ainsi, une méthode plus efficace de la mesure des températures est nécessaire.

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