Nid d'abeille - A326

rayon de miel
Nid d'abeille Nomex à cellule hexagonale
Type de document	Article
Identificateur de document	326
Classe pertinente	Matériel
Tags	Inserts; Matériel; Panneaux sandwich;

Brouillon

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Introduction[éditer | modifier la source]

Le nid d'abeilles est un ensemble de cellules ouvertes constituées de fines feuilles de matériau attachées les unes aux autres. Nid d'abeille et pierre composite panneaux sandwich peuvent avoir des performances extrêmement élevées et sont couramment utilisés dans les gouvernes aérospatiales, les nacelles de moteur, les étagères intérieures, les panneaux de plancher et d'autres applications légères à haute rigidité. Le nid d'abeilles peut être fabriqué à partir d'une large gamme de matériaux métalliques (aluminium, acier inoxydable) ou non métalliques (aramide (Nomex), polypropylène, polycarbonate, thermoplastique etc.) matériaux. D'autres applications du nid d'abeille incluent le lissage des fluides (aérodynamique), l'architecture, les structures d'absorption d'énergie et le blindage EMI/RFI.

Domaine[éditer | modifier la source]

Cette page se concentre sur le matériau d'âme en nid d'abeille. Les conventions/terminologies en nid d'abeille, les processus de fabrication, les divers types et configurations de cellules sont discutés. Les principaux fournisseurs de matériaux en nid d'abeille sont inclus.

Importance[éditer | modifier la source]

Comparé à d’autres matériaux de base tels que le bois ou la mousse, le nid d’abeilles est plus efficace en termes de masse car il offre une meilleure combinaison de propriétés mécaniques et de légèreté. Le nid d'abeille comme matériau de base doit être envisagé chaque fois qu'il y a un problème de flambement de la peau. Le nid d'abeille combiné à des peaux stratifiées composites peut fournir des pièces à résistance/rigidité extrêmement élevées avec un faible poids. Outre leur haute résistance à la fatigue, les structures sandwich en nid d'abeille sont idéales pour de nombreuses applications aérospatiales.

Terminologie en nid d'abeille[éditer | modifier la source]

Une terminologie courante pour le nid d'abeille est répertoriée ci-dessous (veuillez vous référer à l'image). Ces conventions sont souvent utilisées lors de la conception et de la fabrication de panneaux nid d’abeille et de panneaux sandwich :

Densité du nid d'abeilles - généralement en livres par pied cube (pcf) ou en kilogramme par mètre cube (kg/m3)
Cellule - unité constitutive du nid d'abeilles, les cellules en nid d'abeilles peuvent avoir différentes configurations
Ruban - le matériau en feuille plate (continue) du nid d'abeilles, également connu sous le nom de toile
Nœud - la partie liée de deux rubans adjacents
Paroi libre - la partie non liée d'une cellule
Taille de cellule - dimension entre deux nœuds après expansion. (Voir processus de fabrication en nid d'abeille pour plus de détails sur l'expansion)
Direction L - la direction du ruban
Direction W - la direction dans laquelle le noyau est dilaté, perpendiculaire à la direction L
Direction T - la direction parallèle aux ouvertures des cellules

Nid d'abeilles Nomex surexpansé (cellule rectangulaire)

Processus de fabrication en nid d'abeille[éditer | modifier la source]

95 % des nids d'abeilles sont fabriqués à partir de collage où des lignes d'adhésif sont imprimées au niveau des nœuds sur le matériau en feuille et empilées ensemble. D'autres méthodes de fabrication comprennent le soudage par résistance, le brasage, le collage par diffusion et la fusion thermique ; qui sont plus chers et utilisés uniquement pour les nids d'abeilles soumis à des conditions extrêmes. Par exemple, l'acier inoxydable et le nid d'abeilles en Inconel ont leurs nœuds brasés ou soudés par points et peuvent être utilisés jusqu'à environ 700 °C (1300 XNUMX °F). Pour certains thermoplastique matériaux, les nœuds sont partiellement fondus par la chaleur, pressés ensemble et se solidifient une fois refroidis, aucun adhésif n'est requis.^[1]

Il existe deux techniques pour former des nids d'abeilles à partir de matériaux en feuille : le processus d'expansion et le processus d'ondulation.

Dans le processus d'expansion, les feuilles plates sont empilées avec un adhésif imprimé entre les deux, formant le bloc non expansé (nid d'abeille avant expansion, HOBE). L'adhésif est durci à température et pression élevées (environ 300 psi) dans une presse. Ensuite, le HOBE est coupé à l'épaisseur souhaitée et déployé. Lorsqu'un nid d'abeilles métallique est réalisé par le processus d'expansion, la feuille se déforme plastiquement au niveau des nœuds tout en conservant la géométrie expansée. Lorsqu'un matériau en nid d'abeilles non métallique (tel que du papier, Nomex par exemple) est expansé, le nid d'abeilles ne conserve pas sa forme et un support est utilisé pour maintenir le nid d'abeilles. Le nid d'abeilles est ensuite plongé dans un liquide résine et guéri dans un four pour verrouiller la forme. La résine liquide est généralement phénolique ou polyimide et le processus de trempage est répété (de 2 à 30 fois) jusqu'à ce que la densité en nid d'abeille souhaitée soit atteinte.

Dans le processus d'ondulation, les feuilles plates passent d'abord à travers une série de rouleaux ondulés, puis les feuilles ondulées sont liées au niveau des nœuds avec un adhésif et durcies de manière four. Ce processus est plus applicable aux matériaux d'âme qui peuvent conserver leur forme dans une tôle ondulée (par exemple les métaux et certains matériaux non métalliques, pas le papier). Étant donné que les tôles ondulées sont empilées, seule une légère pression peut être appliquée pendant le processus de collage et de durcissement. Il en résulte des adhésifs beaucoup plus épais (10 % du poids total du nid d'abeilles) par rapport au processus d'expansion (environ 1 % du poids total du nid d'abeilles).^[1]

Méthode d'expansion en nid d'abeille

Méthode d'ondulation en nid d'abeille

Configuration des cellules en nid d'abeille[éditer | modifier la source]

Différentes formes/configurations de cellules nécessitent des variations dans le processus de fabrication et peuvent affecter les propriétés mécaniques et les caractéristiques de manipulation du nid d'abeilles. Les formes de cellules les plus courantes sont l’hexagone, le carré et le noyau flexible. Différentes configurations incluent surexpansé, sous-expansé ou renforcé.

Différentes configurations de cellules en nid d'abeille

Nid d'abeilles Nomex surexpansé (cellule rectangulaire)

La cellule hexagonale en nid d'abeille ressemble à la ruche naturelle et constitue la forme de cellule la plus courante. Le noyau sur-expansé est le noyau hexagonal standard mais sur-expansé, ce qui donne une forme de cellule rectangulaire. Le noyau surexpansé présente une rigidité à la flexion inférieure dans la direction L par rapport à la cellule hexagonale standard, ce qui facilite l'adaptation aux courbures dans la direction L. La résistance au cisaillement et le module dans la direction L sont inférieurs à ceux dans la direction W, qui sont plus élevés que la forme de cellule hexagonale standard.

Nid d'abeille métallique[éditer | modifier la source]

Les matériaux métalliques en nid d'abeilles les plus courants sont l'aluminium, l'acier inoxydable et le titane. L'acier inoxydable est très couramment produit à l'aide du procédé d'ondulation. Le cuivre et le plomb ont également été transformés en nid d'abeilles, bien que beaucoup moins courants. La densité du noyau métallique en nid d'abeilles est principalement affectée par l'épaisseur de la feuille et la configuration des cellules.

Les nids d'abeilles en aluminium peuvent être fabriqués à la fois par expansion et par ondulation. Les noyaux en aluminium ondulé sont généralement plus chers car leur production prend plus de temps. La méthode d'ondulation est utilisée car il est impossible d'étendre le HOBE au-dessus de 12 pcf (192 kg/m³). La densité des noyaux en aluminium ondulé peut varier de 12 à 55 pcf (192-880 kg/m³) En règle générale, des noyaux expansés doivent être utilisés autant que possible.^[1]

Nid d'abeille non métallique[éditer | modifier la source]

Une fois déployés, les noyaux non métalliques sont plongés résine pour corriger la géométrie^[2]. Divers thermodurci et des résines thermoplastiques peuvent être utilisées en fonction de l'application. La résine phénolique est très couramment utilisée. Le polyimide est utilisé pour les applications à haute température. Le thermoplastique peut être utilisé pour augmenter la ténacité. La teneur typique en résine en poids est d'environ 40 % à 60 %.

Les nids d'abeilles en tissu peuvent avoir le tissu orienté dans une direction de 0° à 90° (tissage droit) ou dans une direction de ±45° (tissage en biais). Les modules de cisaillement du nid d'abeilles à armure biaise peuvent être trois fois supérieurs à ceux du nid d'abeilles à armure droite. Par exemple, le nid d'abeilles à armure biaise fabriqué à partir de fibre de carbone (très coûteux) peut être transformé en structures sandwich présentant des propriétés de rigidité et de cisaillement extrêmement élevées pour certaines applications spatiales. Étant donné que le matériau constitutif est constitué de tissus tissés au lieu de feuilles, la fabrication des nids d'abeilles en tissu nécessite un processus d'ondulation différent.

Les nids d'abeilles thermoplastiques peuvent être réalisés par expansion, ondulation ou extrusion. Qu'il s'agisse d'une expansion ou d'une ondulation, les nœuds sont fusionnés à chaud, éliminant ainsi l'utilisation d'adhésifs. Alors qu’avec l’extrusion, le nid d’abeilles est extrudé et tranché à l’épaisseur souhaitée. Les nids d'abeilles thermoplastiques peuvent être très résistants mais ont généralement une résistance inférieure à celle de leurs homologues thermodurcissables.

Fournisseurs[éditer | modifier la source]

Certains grands fabricants et distributeurs de nid d’abeilles comprennent :

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Références

↑ ^1.0 ^1.1 ^1.2 [Réf] Bitzer, Tom (1997). Matériaux, conception, fabrication, applications et essais de la technologie Honeycomb. 1997 Springer Science+Business Media Dordrecht. est ce que je:10.1007/978-94-011-5856-5. ISBN 978-94-011-5856-5.Maint CS1 : utilise le paramètre auteurs (lien) Maint CS1 : date et année (lien)
↑ [Réf] Campbell, FC (2004). Processus de fabrication pour les composites avancés. Elsevier. est ce que je:10.1016/B978-1-85617-415-2.X5000-X. ISBN 9781856174152.Maint CS1 : utilise le paramètre auteurs (lien) Maint CS1 : date et année (lien)


À propos	Aide

[648ce90e-0e0c-3003-9548-b0e96da4f0b0-1] 1.0 ^1.1 ^1.2 [Réf] Bitzer, Tom (1997). Matériaux, conception, fabrication, applications et essais de la technologie Honeycomb. 1997 Springer Science+Business Media Dordrecht. est ce que je:10.1007/978-94-011-5856-5. ISBN 978-94-011-5856-5.Maint CS1 : utilise le paramètre auteurs (lien) Maint CS1 : date et année (lien)

[808e27d6-06b0-3af8-91e7-25bbabb756be-2] [Réf] Campbell, FC (2004). Processus de fabrication pour les composites avancés. Elsevier. est ce que je:10.1016/B978-1-85617-415-2.X5000-X. ISBN 9781856174152.Maint CS1 : utilise le paramètre auteurs (lien) Maint CS1 : date et année (lien)

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