rguinamard

Rigidité plaque fibre de carbone du commerce, module de Young

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Bonjour,

Je veux m'acheter une plaque en fibre de carbone ép 5 mm pour remplacer une plaque en aluminium de 6.3 mm. 

A géométrie identique, normalement la fibre de carbone est plus rigide que l'aluminium, et également plus légère donc je pensais qu'avec la plaque en carbone de 5 je serai aussi , et même plus , rigide que l'aluminium, tout en étant plus léger.

Si j'ai bien compris la rigidité se mesure par le module de Young appelé aussi module d'élasticité, et l'on voit effectivement dans les 2 pages suivantes des modules de Young bien supérieurs pour fibre de carbone comparé à l'alu

* Ici https://www.techno-science.net/glossaire-definition/Module-de-Young-page-2.html

  On a Module Young alu (1er tableau) = 69 GPa et fibre de carbone (2 ème tableau) = 240 à 640 GPa  

* et là : https://gernitex.com/fr/ressources/fibre-de-carbone-proprietes/

   On a Module d'élasticité alu  = 69 GPa et  fibre de carbone  = 297 GPa

 

 

Par contre en voulant acheter une plaque de 5 mm là : https://idcarbone.fr/?utm_source=google&utm_medium=ppc&utm_term=plaque fibre de carbone&utm_matchtype=p&utm_network=g&utm_mobile=0&utm_creative=440315774384&utm_position=&utm_random=10915773222932795031&gclid=Cj0KCQjwl92XBhC7ARIsAHLl9angaL9LQ5__qEiLb8WswdvzxbtrKoVq0cXD4uF0rrzUbvvXFBIud3caAp1UEALw_wcB&utm_campaign=Fabrication de plaque carbone - FR&utm_ad_group_id=81002&utm_campaign_id=342548&utm_ad_id=2773543#!/products/epaisseur-5mm/variant/678651

je vois qu'ils parlent de "Module de flexion" approximatif : 65 Gpa. 

Est ce que le Module de flexion c'est idem module de Young = module d'élasticité ?

Si oui comment expliquer cette valeur de 65 GPa < celle de l'alu ?

En même temps c'est noté "Résistance à la flexion : 600 MPa".

Informations identiques là : https://www.tubecarbone.com/fr/monolithiques-1-a-12-mm/217-plaque-carbone-5mm.html (peut être même fournisseur en amont ? car c'est vraiment les même chiffres)

J'avoue que je suis un peu perdu du coup.

Est ce que quelqu'un peu arriver à déchiffrer les différents terme et me dire si je peux effectivement passer de 6.3 mm alu à 5 mm carbone (voire 4mm)

Merci d'avance

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Bonjour,

 

Oui, le module d'Young caractérise la rigidité du matériau.

 

La valeur de 240 à 640GPa que tu indiques, c'est pour la fibre de carbone en elle-même, si le fil travaillait en traction pure. Or, la plaque composite est faite de fibre de carbone tressée dans une matrice polymère. L'ensemble aura une rigidité globale inférieure à celle de la fibre en elle-même. La rigidité de la plaque dépendra de la façon dont la fibre de carbone est tissée dans la plaque et sera également différente selon les axes de flexion (matériau anisotropique). Dans ton cas la plaque a un module d'Young résultant de 65GPa.

 

Pour les métaux comme l'acier (E=210GPa), ou les alliages d'aluminium (E=69GPa), le module d'Young est le même quelque soit la direction de la déformation.

 

La résistance à la flexion indiquée à 600MPa définit la contrainte maximum que le matériau peut supporter avant rupture. La contrainte dans la matériau dépend de l'effort qui sera appliqué et du moment d'inertie de la section soumise à la flexion. Pour l'aluminium, c'est autour de 200 à 250MPa, selon l'alliage et son état de livraison.

 

A final, le remplacement d'une plaque de 6.3mm en aluminium par 5mm en composite fibre de carbone n'apportera pas d'amélioration majeure en terme de rigidité. Par contre, la plaque composite aura une résistance avant rupture bien plus élevée, mais ce n'est pas ce que tu recherches. Par contre, elle sera plus légère.

 

 

Modifié par Almasis
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Merci beaucoup, c'est super clair !!

Je vais opter pour une plaque carbone 6 mm du coup...

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Il y a 7 heures, rguinamard a dit :

A géométrie identique, normalement la fibre de carbone est plus rigide que l'aluminium, et également plus légère

plus rigide : faux

plus léger : vrai

 

Solidité (rupture)

 

Ref en 2019, au 24eme congrès de mécanique : des bons progrès depuis 25 ans dans le nautisme de compétition.

 

Plaques en structure centrale en nid d'abeille + pâte coulée

Revêtues d'une peau fabriquée à partir de nappes de pré-imprégnées constituées de fibres de carbone haut module HR40 Mitsubishi et d’une résine époxy à basse température de transition vitreuse Structil R367-2 (120°C).

 

Test dans l'axe des fibres pour qu'une face soit en étirement et l'autre en compression : résistance à la rupture de 886 +/- 61 MPa.

On arrive au niveau des aciers spéciaux mais c'est avec une structure particulière et un usage particulier.

 

Elasticité

attention à l'anisotropie, les résistances limites sont prendre en traction (allongement)

 

Au sujet de l'utilisation.

Il y a 5 heures, Almasis a dit :

La résistance à la flexion indiquée à 600MPa définit la contrainte maximum que le matériau peut supporter avant rupture.

Pour ces composites, dans le test de 2019, il est conseillé que la contrainte soit maintenue à moins de 85% de la résistance à la rupture (soit <700Mpa), cela semble être le seuil de résistance plastique pour l'essai réalisé en longue durée.

 

image.png.d4cf9bfa90ee200ca79a906258f4c7d9.png

 

Pour les composites, tu peux prendre sans problème la spécification du fabricant de résistance élastique dans l'axe dont tu as besoin, ça simplifie beaucoup.

 

Petit récap général : 

62feb8bc58914_matriaux.jpg.3e873cde6faa3e39c24bdebac70e1691.jpg

 

Rigidité

 

Attention aux axes d'utilisation pour les composés UD :

image.png.d81e3cca1dab76378588e236d88db541.png

 

=> Attention à la conception : c'est plus léger mais pas forcément plus rigide sur tous les axes.

Prendre des composés croisés (tissus 90° ou 60°, poutres en enroulement 90° et 20°), et bien lire les données du fabricant. Pour les plaques HR 12k on est souvent à 65GPa. En poutre carrée, 85GPa.

Densité du composite 1.55 au lieu de 2.76 à 2.84 suivant la nuance de duralumin.

 

Le duralumin est à ~72GPa en multi-direction (et un bien meilleur cisaillement G~32GPa pour les filetages)

 

La plaque en 6mm c'est déjà moins rigide mais si tu as un soucis de couple du au poids général tu vas t'y retrouver via le gain massique.

Et en note : le composé mixte (fibre verre + fibre carbone + epoxy) est à peine moins performant 60GPa en rigidité, plus performant en abrasion pour un prix de 2/3 du tout carbone. Ce n'est pas à négliger pour les plaques.

Modifié par lyl
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De ce que j'ai compris, l'interet des composites, c'est la possibilité d'insérer du nid d'abeille.

(Si tu as la place d'installer une plaque un peu plus épaisse.)

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Merci pour tous ces compléments !

Je pense qu'ils alternent l'orientation des couches car ils indiquent dans les caractéristique : Orientation fibre : 0/90°  ça limitera un peu l'anisotropie (du moins dans 2 dimensions)

Non, je n'ai pas trop de place pour faire du nid d'abeille

 

 

Modifié par rguinamard

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Bonjour

Pour avoir fait des éprouvettes carbone époxyde j'ai pu constater qu'à épaisseurs quasi identiques la flèche pour le carbone était moindre en test de flexion...

un tissus carbone présente automatiquement 2 orientations 0 et 90.

comme n'importe quel tissus.

Si tu n'es pas pressé je peux peut-être t'envoyer du tissus si ta pièce n'est pas trop grande. à toi d'acheter la résine. Et si possible faire un sandwich plutôt que monolithique. 

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Il y a 4 heures, Pascal C03 a dit :

Si tu n'es pas pressé je peux peut-être t'envoyer du tissus si ta pièce n'est pas trop grande. à toi d'acheter la résine. Et si possible faire un sandwich plutôt que monolithique. 

Mon fournisseur : https://www.boutique-resine-epoxy.fr/58-resine-epoxy

 

Pour ma part, j'ai une activité simplissime sur les tubes astro, je fais mes baffles avec du tissu et de la colle coincé entre deux plaques de polycarbonate : la polymérisation ne se fait pas sur la face polycarbonate quand elle est lisse. En deux morceaux de tissus je monte rapidement à 1.5mm d'épais (fibre de verre).

 IMAG0515c.jpg.ecf0faa74da2da81f0c3b8e2f7b90d9f.jpgIMAG0512d.jpg.3c71279cc1bf0c32217cc0ccb72413e3.jpg

 

Sur 5mm d'épais, il faut plus de soin et prévoir un moule, plutôt prévoir de la résine de stratification genre la 8200 que la colle bi-composant (elle n'ont pas la même résistance).

Attention, certaines résines sont bien meilleures avec une phase de cuisson au-dessus de 40° et un pressage (ou une dépression sous faible vide) pour supprimer les bulles d'air.

Parfois je ralentis ma colle en mettant le mélange au réfrigérateur en attendant de finaliser l'assemblage. 

Sur la photo 1 (gauche) c'est une pièce posée sur la plaque de polycarbonate, la colle époxy se gratte et part en écailles.

Franchement, par rapport à du balsa ou du bois solide, juste avec la fibre de verre c'est le niveau au dessus sans trop d'effort et on peut épaissir en collant des des assemblages plus fins jusqu'à l'épaisseur désirée.

 

J'ai changé par rapport aux autres matériaux comme le carton imprégné car je fais principalement des disques que je découpe en les mettant en rotation sur un axe vissant de ma Dremel (perceuse). En carton ou en bois imprégné, le centre n'est pas assez solide pour cette opération. (photo 2 : un des premiers essais de découpage par meulage/découpe de rainure comme sur un tour). Le centrage est alors amélioré (précision 1/2mm -1mm)

Modifié par lyl

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Merci beaucoup pour vos propositions et explications. 

Je n'ai pas trop envie de me lancer dans la fabrication de plaque, surtout pour 1 seule : mauvais souvenir de fabrication d'un 330 polystyrene/ficbre de verre : les résines c'était quand même cracra.

Une plaque déjà toute faite ça me convient bien. 

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Hello, 

En pratique il y a peu de chance que tu gagnes en raideur même à épaisseur identique, tu risques d'avoir plus de flexion en torsion sur un des axes, selon la conception des plaques. En gros en dehors d'aspect thermique (dilatation) pour la même raideur sur tous les axes,  tu risques d'avoir besoin du même poids que l'alu (le carbone en plaque  bien faite, c'est lourd :D) ...  Si tu n'a pas les informations pour modéliser ça finement (et donc les caractéristiques exacte de tes plaques), et que que tu es limite niveau raideur sur ta pièce actuelle en alu, méfiance en passant au carbone ça peut être la fausse bonne idée. Par contre si tu veux optimiser poids / raideur bein c'est le nid d'abeille qui gagne en augmentant  l'épaisseur. 

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Il y a 10 heures, Pascal C03 a dit :

un tissus carbone présente automatiquement 2 orientations 0 et 90.

 

Tout existe, il n'y a rien d'automatique il me semble.

J'ai acheté du unidirectionnel,

bi axial 0-90 et ausi du +45 -45

tri axial 0 +60 -60

pour mettre dans mes plaques composites.

Modifié par Laurent fd3

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Merci Eric pour le conseil de méfiance.

En fait comme expliqué en bas du post  ci dessous, je  veux changer une plaque alu de 6 mm pour supporter mon secondaire de 3 kg. A mon avis il y a pas de marge en terme de rigidité, mais bon, je ne sais pas dire combien de marge il y a donc ps facile de choisir la bonne épaisseur, et encore plus dur en Carbone avec ce que tu indiques 

 

Modifié par rguinamard

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Sur cette image tu as largement la place d'installer plus épais sur chaque plaque, et intégrer du nid d'abeille, pourquoi pas en épaisseur variable, pour conserver l'epaisseur d'origine à certains endroits.

Dans tous les cas, tu seras gagnant avec du carbone vu comme l'alu se dilate ! :o

Je suis en cours de fabrication d'un petit T250, le barillet utilisera ce genre de plaque, légère et rigide.

 

image.png.fd8c241446d3339bc9ccdbbdf4a707a6.png

 

Modifié par Laurent fd3

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 Laurent je veux pas trop décaler trop mon miroir vers le bas (disons 2-3 cm ça va pour une structure sandwitch sur toute la largueur de la pièce carbone, par contre  vers le haut oui j'ai la place.

Après comme je le disais dans l'autre post, je me sens pas trop tout seul. Un peu peur de faire des bétises et le but principal de basculer en fibre de carbone c'est le coef de dilatation thermique plus proche du Pyrex. 

Il y a aussi de la cornière ficbre carbone qui rigidifirait facilement la plaque

Mais bon, tu as un lien qui me permettrait de dédramatiser pour moi la fabrication de sandwitch ?

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Il y a 2 heures, rguinamard a dit :

Mais bon, tu as un lien qui me permettrait de dédramatiser pour moi la fabrication de sandwitch ?

Non, rien, j'ai fais fabriquer mes plaques. ^_^ (après quelques essais pas terrible) ¬¬

 

Modifié par Laurent fd3

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Tu as du sandwich de 5mm 

sur carbonetube 

065PCS5500500
Plaque carbone SANDWICH 5x500x500mm
Poids : 628 grammes
Carbone haute résistance, drapage (thermocompression de tissus carbone pré-imprégnés).
(Travaux de découpes CNC sur la base de vos plans, contactez-nous).
Finition brillante sur une face.
En stock, livraison sous 48-72h (*), Prix TTC.

 

 

Je vois pas si c'est du sandwich au poulet ou jambon par conte  :/ 

 

 

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Merci, pour le line. Le sandwitch de 5 me semble un peu faible pour remplacer de l'alu de 6 non ?, surtout avec ce qu'à indiqué Emmanuel

Mais c'est interessant de voir que ça existe. Peut être qu'il y en a en plus forte épaisseur.

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Tu en encoles avec une plaque de 1,5mm :) 

Apres y a la solution de prendre 2 plaques monolithe de 2,5mm et des les assembler en prenant en sandwich 3 petites barres de 2,5mm en triangle sous tes points d'appui? Faudrait peut etre regarder ca..;

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Oui c’est pas bête ton truc avec les 3 petites barres…

aaarrrggghhh vous me faites hésiter…

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