GPA – 725

Conception assistée par ordinateur de composants aéronautiques

Guide de laboratoire

Modélisation de pièces composites

sous CATIA V5 R18

Marie-Christine Marcil, Louis Rivest

Mars 2011

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Objectifs   Mettre en pratique les notions de modélisation de pièce composite avec l’atelier Composite Design, disponible sous CATIA V5.

Sommaire des exercices : Exercice 1 : Modélisation d’une porte d’accès de géométrie très simple en composite Exercice 2 : Modélisation d’une pièce de carénage (Belly Fairing) en composite

Figure 0‐1‐Exercice 1‐ Porte accès très simple 

Figure 0‐2‐Exercice 2‐Carénage (Belly‐Fairing) 

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1. Exercice 1 – Porte d’accès simple sous CATIA V5 R18 

1. Configuration initiale Lors du démarrage de Catia V5 R18, configurez le système d’unités selon le système métrique (mm). De plus, assurez-vous de faire les configurations permettant l’affichage des valeurs des paramètres dans le menu déroulant Outils/options. (Faire les configurations selon le document du laboratoire 7 : Knowledgeware 1 – Préliminaires : configuration de Catia V5) Démarrer le module Composite Design, accessible sous :

Start/ Mechanical Design/ Composite Design   Pour des fins d’efficacité, il est suggéré de vous assurer que toutes les icônes nécessaires à la construction de la pièce soient disponibles dans l’environnement de travail. Au besoin, accéder à la liste des outils via le menu déroulant Affichage / Barre d’outils, puis sélectionner les outils suivants : Standards, Affichage, Atelier, Mesure, Parameters, Preliminary Design, Plies, Composite Selection, Data Export, Analysis, Manufacturing Flattening.

2. Préparation de la surface (déjà créée dans le modèle)

1.0. Ouvrir le modèle : Porte-acces-simple.CATPart

Ce fichier contient une surface représentant la géométrie de la porte (appelé Surface EEOP pour Engineering End Of Part). NB : Il est à mentionner que la modélisation d’une pièce composite démarre toujours par une surface.

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1.1. Extrapolation de la surface et définition des contours (Atelier Generative Shape

Design) : NB : Dans le modèle Porte-acces-simple.CATPart, les étapes suivantes ont déjà été effectuées. Dans le set géométrique ‘‘Géométrie composite’’, afficher les items suivants : ‘‘Surface EEOP + 50’’, ‘‘Contour EEOP’’ et ‘‘Contour MEOP’’. Cacher la ‘‘Surface EEOP’’.

La surface EEOP doit être extrapolée à l’aide de la fonction ‘‘Extrapolate’’ . La valeur d’extrapolation de la surface doit être suffisante pour que les contours des différents Edge Of Part soit à l’intérieur (et non en bordure) de la surface. Une fois les 4

côtés extrapolés, utilisé la fonction ‘‘Join’’ de manière à ce que la surface agrandie corresponde à un seul objet (Renommer la surface ‘‘ Surface EEOP + 50 ’’). Définir ensuite le contour de l’EEOP en calquant le contour de la surface ‘‘Surface

EEOP’’ avec la fonction ‘‘Boundary’’ . Renommer ce contour ‘‘Contour EEOP ’’.

Faire une copie parallèle du ‘‘Contour EEOP ’’ avec la fonction ‘‘Parallel Curve’’ afin de créer le contour du Manufacturing Edge Of Part (Renommer ‘‘Contour MEOP’’). Le ‘‘Contour MEOP’’ se retrouve à 15 mm du ‘‘Contour EEOP’’ et doit avoir pour support la surface ‘‘Surface EEOP + 50 ’’.

3. Définition de la rosette (déjà créée dans le modèle) NB : Dans le modèle Porte-acces-simple.CATPart, les étapes suivantes ont déjà été effectuées. Il faut afficher la rosette en allant dans ‘‘Axis Systems’’ dans l’arbre de spécification. La rosette est un système d’axe utilisé pour 2 fonctions : le plan xy permet l’orientation des matériaux selon le sens appliqué, et l’axe z définit la direction d’empilement des matériaux (couches de tissus). Voir figures de la page suivante. Créer un nouveau système d’axes par le menu déroulant Insert/Axis System. Sélectionner le coin de la Surface EEOP, diriger les axes x et y respectivement selon la longueur et la hauteur de la surface. L’axe z doit être dirigé vers la partie concave de la surface (les matériaux seront empilés dans la partie concave, et non sur la partie convexe), puisque la surface correspond à une portion de l’OML de l’avion.

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Figure 1‐1‐Surface porte accès très simple et rosette 

Figure 1‐2‐Empilement des couches 

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4. Définition des paramètres composites Dans l’atelier Composite Design, sélectionner la fonction ‘‘Composites Parameters’’

Sélectionner l’icône ‘‘Add Materials’’, cliquer sur (…) et sélectionner le répertoire contenant le catalogue ‘‘ CompositesCatalog.CATMaterial’’. Ce catalogue est dans le dossier Catalogue remis avec le fichier Porte-acces-simple.CATPart. Notez que ce même catalogue se retrouve dans les dossiers d’installation de Catia, dans le répertoire suivant : C : Program files/Dassault Systemes /B18/intel_a/startup/composites/ CompositesCatalog.CATMaterial. Dans la liste de matériaux affichés, sélectionner les 3 matériaux suivants (avec le bouton CTRL, et cliquer sur OK) : - S1454_G803 - P1454_G814 - Glass S’assurer que les valeurs 0, 45, -45 et 90 sont déjà présente dans la section ‘‘Direction’’ (sinon les créer) et vérifier pour chacune de ces valeurs qu’une couleur est choisie. Terminer en sélectionnant OK. L’onglet ‘‘Composites Parameters’’ apparaît dans l’arbre de spécification.

5. Définition des ‘‘Edge of part’’

Sélectionner la fonction ‘‘Edge Of Part’’ Dans EOP name , écrire : EEOP Dans Surface, sélectionner : Surface EEOP + 50 Dans Contour, sélectionner : Contour EEOP Cliquer sur OK. Refaire la même chose pour le MEOP. Cacher ensuite le contour EEOP et MEOP du set géométrique ‘‘Géométrie composite’’

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6. Définition du ply 6.0. Définition du groupe de plies

Sélectionner la fonction ‘‘Plies group’’ Dans Plies group name , écrire : Porte Dans Surface, sélectionner : Surface EEOP + 50 Dans Rosette, sélectionner le système d’axes: Rosette Portez attention au draping direction; l’objectif ici est d’empiler les couches du côté concave de la surface Rosette transfer type : Cartesian Plane for flatten : plan xy Cocher la boîte Lock plies draping direction. Cliquer sur OK. Cacher la surface ‘‘Surface EEOP + 50’’

6.1. Création d’un ply

Sélectionner la fonction ‘‘Ply’’ Cliquer sur le ‘‘Plies group’’ Porte dans l’arbre de spécification Dans l’onglet ‘‘Geometry’’, cliquer sur Add et sélectionner le Edge Of Part EEOP dans l’arbre de spécification. Dans l’onglet ‘‘Attribute’’, choisir le matériel S1454_G803 à 0 degré Cliquer sur OK.

7. Faisabilité (Producibility) La ‘‘producibility’’ est l’analyse du comportement d’un ply lors de la fabrication. Ainsi, cette analyse permet de prévoir les difficultés qui se présenteront lors de la dépose d’une pièce de tissu dans le moule (distorsions, faux plis, …) et d’apporter les correctifs appropriés au design, soit en déplaçant le ‘‘seed point’’, soit en divisant la pièce en plusieurs parties (qui seront assemblées ensemble par la suite), soit en ajoutant des coupes. Le ‘‘seed point’’ correspond au premier point d’application du matériel lors de la fabrication. Sa localisation a un grand impact sur la ‘‘producibility’’. On le place généralement au centre de la pièce. Le ‘‘seed point’’ est déjà présent dans ce modèle. Il a été généré à l’aide de la fonction ‘‘point’’, placé manuellement sur la surface EEOP + 50, environ en son milieu. Avant de lancer la fonction ‘‘Producibility’’, afficher le ‘‘seed point’’ présent dans le set géométrique ‘‘Points localisation’’. Cacher les points Ply 1 à Ply 3.

Sélectionner la fonction ‘‘Producibility’’ Cliquer sur ‘‘Ply 1’’ dans l’arbre de spécification Sélectionner le ‘‘seed point’’ dans l’arbre de spécification Dans Mesh Parameters : Warp : 7mm, Weft : 7mm Propagation Type: Minimum distorsion

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Cliquer sur ‘‘Apply’’ pour voir le résultat. Vous avez toujours la possibilité de raffiner le grillage par la suite. La légende des couleurs se retrouve à la page suivante. Cliquer sur OK quand vous avez terminé l’analyse. L’analyse ‘‘producibility’’ se retrouve sous Ply.1 dans l’arbre de spécification. NB: Le ‘‘Warp’’ correspond à la précision du grillage pour la direction principale de la fibre et le ‘‘Weft’’ correspond à la précision du grillage pour la direction transversale de la fibre. Plus le chiffre est petit, plus l’analyse est précise. La légende des couleurs pour la ‘‘producibility’’ est la suivante : Grillage de couleur bleu ou vert : peu ou pas de distorsion (entre 0 degré et le warn angle) Grillage de couleur jaune : distorsion moyenne (entre warn angle et limit angle) Grillage de couleur rouge : grande distorsion (plus grand que le limit angle) L’analyse peut être plus sévère en imposant un warn angle et un limit angle plus petit que ceux par défaut (ces angles par défaut sont définis dans les paramètres composites). Ainsi, en cliquant sur le bouton ‘‘more’’ et en sélectionnant le Mode Deviation, ces angles peuvent être réduit.

Angles par défaut

Angles imposés

Bouton MORE

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Au besoin, changer le ‘‘seed point’’ de localisation pour limiter/éliminer la distorsion. Remarque : la surface définissant la porte d’accès étant très simple, la dépose des pièces de tissus dans le moule ne devrait créer aucune difficulté; l’analyse de Producibility dans ce cas ne devrait révéler aucun problème.

8. Empilement de plusieurs plies Recommencer les étapes 6.1 et 7 pour créer d’autres plies. Ceux-ci doivent se retrouver dans la même séquence. Cependant, pour éviter de tout recommencer la configuration des plies à chaque fois, on peut copier et coller un ply dans la même séquence, et ensuite aller changer les éléments de configuration (comme le matériel et le sens d’orientation). Créer deux autres plies avec les spécifications suivantes : Ply.2 : matériel Glass à 90 degrés Ply.3 : matériel S1454_G803 à 45 degrés Vérifier la ‘‘producibility’’ de chacun des plies.

9. Visualisation des plies

Sélectionner la fonction ‘‘Ply Exploder’’ Entrer les propriétés suivantes :

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10. Création d’un solide à partir des plies Afin de pouvoir utiliser la pièce composite dans un assemblage, il devient nécessaire de transformer les plies en solide.

Sélectionner la fonction ‘‘Solid From Plies’’ Laisser tout par défaut dans la boîte, cliquer sur OK. NB : Il faut noter que le solide généré est un corps vide qui ne garde pas de lien avec les plies. Conséquemment, si d’autres plies sont ajoutés, il faut supprimer le solide et le générer à nouveau.

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À ce moment, voici ce que devrait contenir l’arbre de spécification Systèmes d’axe

Edge Of Part

Sets Géométrique

Les plies

Paramètres composites

Le PartBody

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11. Création d’un fichier ‘‘fabrication’’ Jusqu’à présent, nous avons travaillé en contexte ‘‘Engineering’’, dans le but de définir la pièce composite en état fini (en vol). Pour le contexte ‘‘Manufacturing’’, il faut considérer une bordure (excès) de matériaux autour du EEOP. Puisque nous voulons garder la pièce Engineering telle que définie, un autre fichier sera créé pour la pièce ‘‘Manufacturing’’. Faire une sauvegarde du fichier ‘‘ Porte-acces-simple.CATPart’’

Sélectionner la fonction ‘‘Creates manufacturing Document’’ Sélectionner ‘‘New Part’’ Sauvegarder sous ‘‘ Porte-acces-simple-manufacturing.CATPart’’ NB : Ce nouveau fichier est lié au fichier ‘‘ Porte-acces-simple.CATPart’’. Pour synchroniser les données s’il y a changement dans le fichier ‘‘ Porte-acces-

simple.CATPart’’, il faut sélectionner la fonction ‘‘Synchronizes this document’’

12. Changement des contours des plies Dans le fichier ‘‘ Porte-acces-simple-manufacturing.CATPart’’, supprimer manuellement la géométrie de chacun des 3 plies. Dans la définition de chacun des 3 plies, dans l’onglet ‘‘geometry’’, sélectionner ‘‘add’’ et choisir le Edge Of Part MEOP.

13. Mise à plat Dans le fichier ‘‘ Porte-acces-simple.CATPart’’, copier les points ply.1 à ply.3, dans le set géométrique ‘‘points localisation’’. Coller les 3 points dans le fichier ‘‘ Porte-acces-simple-manufacturing.CATPart’’, dans le set géométrique ‘‘points localisation’’.

Sélectionner la fonction ‘‘Flattening’’ Cliquer sur le ‘‘plies group’’ porte Par défaut, le plan devrait être plan xy

Au location point : cliquer sur l’icône Associer chaque ply par le point correspondant.

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Cliquer sur Close Cliquer sur Apply, puis OK Les contours apparus à chacun des points correspondent à la mise à plat de chacun des plies.

14. Exportation des plies (mis à plat)

Sélectionner la fonction ‘‘Ply data export as IGES or DXF’’ Entities to be exported : Sélectionner le ‘‘plies group’’ porte Export to : Sélectionner le répertoire de sauvegarde Format : DXF (flatten geometries) Files to be created : One file per ply or sub-ply Cliquer sur OK. 3 fichiers DXF seront générés, correspondant à chacune des mises à plat des plies. Ces géométries à plat sont exploités par les logiciels de Nesting qui permettent d’optimiser l’utilisation des rouleaux de tissus à partir desquels les pièces sont fabriquées. Les fichiers sauvegardés peuvent s’ouvrir au besoin dans le logiciel Catia.

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2. Exercice 2 – Carénage (Belly Fairing) sous CATIA V5 R18  Lors du démarrage de Catia V5, démarrer le module Composite Design, accessible sous :

Start/ Mechanical Design/ Composite Design   

1. Préparation de la surface (déjà créée dans le modèle)

Ouvrir le modèle : Simili-Belly-Fairing.CATPart

Ce fichier contient les surfaces et contours EEOP et MEOP du Belly Fairing dans le set géométrique ‘‘Geometrie composite’’.

2. Définition de la rosette (déjà créée dans le modèle) Dans le modèle Simili-Belly Fairing.CATPart, le système d’axes ‘‘Rosette’’ a déjà été créé. Il faut l’afficher en allant dans ‘‘Axis Systems’’ dans l’arbre de spécification.

3. Définition des paramètres composites

Sélectionner la fonction ‘‘Composites Parameters’’ Voir exercice 1 pour la procédure Sélectionner le matériel suivant: - KEVLAR4 S’assurer que les valeurs 0, 45, -45 et 90 sont déjà présente dans la section ‘‘Direction’’ (sinon les créer) et vérifier pour chacune de ces valeurs qu’une couleur est choisie.

4. Définition des ‘‘Edge of part’’

Sélectionner la fonction ‘‘Edge Of Part ’’ Voir exercice 1 pour la procédure. Pour la surface, sélectionner : Surface EEOP + 100

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5. Définition du ply 5.0. Définition du groupe de plies

Sélectionner la fonction ‘‘Plies group’’ Voir exercice 1 pour la procédure. Dans Surface, sélectionner : Surface EEOP + 100 Plane for flatten : plan xy

5.1. Création d’un ply

Sélectionner la fonction ‘‘Ply’’ Voir exercice 1 pour la procédure Dans l’onglet ‘‘Attribute’’, choisir le matériel KEVLAR4 à 45 degrés

6. Faisabilité (Producibility)

Sélectionner la fonction ‘‘Producibility’’ Voir exercice 1 pour la procédure Pour visualiser l’impact des différents paramètres de cette fonction, faites des analyses en changeant le ‘‘seed point’’ (il y en a 2 dans le set géométrique, et ces points peuvent être déplacés sur la surface), en modifiant les paramètres du grillage et en raffinant les angles du mode d’analyse ‘‘Deviation’’. Des zones jaunes et rouges devraient apparaître dans l’analyse, démontrant les zones de distorsion.

7. Empilement de plusieurs plies Créer deux autres plies avec les spécifications suivantes : Ply.2 : matériel KEVLAR4 à -45 degrés Ply.3 : matériel KEVLAR4 à 90 degrés Vérifier la ‘‘producibility’’ de chacun des plies.

8. Visualisation des plies

Sélectionner la fonction ‘‘Ply Exploder’’ Voir exercice 1 pour la procédure

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9. Création d’un solide à partir des plies

Sélectionner la fonction ‘‘Solid From Plies’’ Voir exercice 1 pour la procédure

10. Création d’un fichier ‘‘fabrication’’

Sélectionner la fonction ‘‘Creates manufacturing Document’’ Voir exercice 1 pour la procédure

11. Changement des contours des plies Voir exercice 1 pour la procédure Vérifier la ‘‘producibility’’ de chacun des plies. Au besoin, déplacer le ‘‘seed point’’ sur la surface.

12. Mise à plat

Sélectionner la fonction ‘‘Flattening’’ Voir exercice 1 pour la procédure

13. Exportation des plies (mis à plat)

Sélectionner la fonction ‘‘Ply data export as IGES or DXF’’ Voir exercice 1 pour la procédure