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ST — StructuresChapitre 2 · 60 questions pratiques

Chapitre 2 : Structures en tôle — Rivets, fixations, marge de pliage, réparations de peau, doublures, épissures

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Aperçu du chapitre : Structures en tôle — Rivets, fixations, marge de pliage, réparations de peau, doublures, épissures

Marge de pliage — développement à plat d'une tôle Marge de pliage — développement à plat d'une tôle Point de moule Ligne tangente Rayon intérieur (R) Dépouille (Setback) Dépouille Matériau (Tôle) Axe neutre (Ni étiré, ni comprimé) Section 1 Allocation (BA) Section 2 Longueur totale du patron plat Formules et Définitions Allocation de pliage (BA) : BA = A × (π/180) × (R + K×T) A=Angle, R=Rayon, T=Épaisseur, K≈0.33 Longueur du patron plat : L = Σ(Sections droites) + Σ(BA) Somme des parties plates + allocations Concepts Clés : Axe neutre : Zone sans contrainte. Sa longueur reste constante lors du pliage. Dépouille (Setback) : Distance entre le point de moule et la ligne tangente. Soustraite pour obtenir les sections droites réelles. Rayon min (2024-T3) : 3 × Épaisseur (3T) Développement

Ce chapitre couvre les principes fondamentaux de la réparation et de l'assemblage des structures aéronautiques en tôle. Il traite des techniques d'installation des rivets et des fixations, du calcul des marges de pliage pour le formage des tôles, et des méthodes de réparation des revêtements (peaux) d'aéronefs. La maîtrise de ces concepts est essentielle pour restaurer l'intégrité structurale et l'aérodynamisme des cellules.

Concepts clés

Rivets et fixations

Types de rivets et leur sélection

  • Rivets 2117-T4 (AD) : Les plus courants pour les réparations générales. Ils sont livrés à l'état « tel que reçu » et peuvent être posés immédiatement, sans traitement thermique.
  • Rivets 2024-T4 (DD) : Nécessitent un traitement thermique et une réfrigération avant la pose. Ils sont plus durs et plus résistants.
  • Rivets 1100 : Trop mous pour les applications structurales.
  • Rivets 5056 (monel) : Utilisés pour les alliages de magnésium ou l'acier résistant à la corrosion.
  • Rivets aveugles (Cherrymax, Huck, pop rivets) : Utilisés lorsqu'un accès est disponible d'un seul côté. Les rivets aveugles standards (pop rivets) ont une résistance au cisaillement et à la traction inférieure à celle des rivets pleins de même diamètre. Les rivets aveugles structuraux (Cherrymax, Huck) sont conçus pour surmonter cette limitation.

Installation des rivets pleins

Installation des rivets pleins — de la pose au matage Installation des rivets pleins — de la pose au matage Séquence d'installation et dimensions Bouterolle(Rivet set) Barre à mater(Bucking bar) 1,5 D 0,5 D Tête correcte Prise (Grip) Défauts courants Champignon / Chou-fleur Rivet trop percuté Tête excentrique Outil non aligné / Trou mal percé Tête trop petite Résistance insuffisante Fissures / Coupelle Marteau mal ajusté Règles d'espacement Min 2D (Distance de bord) 3D à 5D (Pas / Pitch) D = Diamètre du rivet
  • Prise (grip) : Épaisseur totale des matériaux que le rivet traverse. C'est une mesure critique pour sélectionner la bonne longueur de rivet.
  • Longueur du rivet : Pour les rivets à tête fraisée, la longueur doit tenir compte de la matière enlevée par le fraisurage. La formule est : Prise + Dépouille pour la profondeur du fraisurage + Dépouille pour la tête de matage.
  • Formation de la tête de matage : Une tête de matage correctement formée doit avoir approximativement 1,5 fois le diamètre de la tige du rivet en largeur et 0,5 fois le diamètre en hauteur.

Défauts courants des rivets

Défauts de la tête de matage des rivets Défauts de la tête de matage des rivets Tête correcte (référence) 1,5D 0,5D Largeur : 1,5 × diamètre Hauteur : 0,5 × diamètre Barre à contre-percuter alignée Tête plate (sous-matage) ✗ Tête trop écrasée : Force de serrage insuffisante Résistance à la traction réduite Cône (barre inclinée) ✗ Barre à contre-percuter tenue en angle Tête asymétrique Champignon / chou-fleur ✗ Rivet trop percuté Bords relevés en champignon ou chou-fleur Tête excentrique ✗ Rivet non centré sur le trou Marteau tenue en angle ou trou mal aligné Collier autour de la tête ✗ Tige trop grosse pour le trou ou trou trop petit Matière refoulée en collier Transports Canada — Formation AME — Structures S — Chapitre 2 : Rivets et fixations
  • Tête de matage asymétrique : Causée par une barre à contre-percuter tenue en angle.
  • Tête « en champignon » ou « chou-fleur » : Indique un rivet trop percuté.
  • Tête « en coupelle » : Causée par un marteau à river mal aligné ou une face usée.
  • Tête excentrique : Rivet non centré sur le trou, causé par un marteau à river tenu en angle ou un trou mal aligné.
  • Collier autour de la tête de matage : Indique que la tige du rivet était trop grosse pour le trou, ou le trou trop petit.
  • Tête de matage trop petite : Réduit la force de serrage et la résistance à la traction.

Espacement et distance de bord

Pas et distance de bord des rivets Pas et distance de bord des rivets Règles d'espacement selon le diamètre D du rivet — AC 43.13-1B PAS STANDARD : 3D à 5D ✓ Tôle 3D 5D D = diamètre du rivet ✓ Répartition uniforme de la charge de cisaillement ✓ Pas minimal 3D : évite l'affaiblissement de la tôle PAS DE 10D — TROP LARGE ✗ Tôle 10D ✗ Concentration de charge entre les rivets ✗ Résistance au cisaillement réduite PAS DE 1D–2D — FLAMBAGE ✗ Tôle 1D 2D ✗ Trous trop rapprochés : la tôle flambe entre les rivets ✗ Risque de déchirure de la peau ✗ Affaiblissement structural important DISTANCE DE BORD MINIMALE : 2D ✓ Tôle 2D min Arrachement possible < 2D ✗ ✓ Distance mesurée du centre du rivet au bord ✓ 2D minimum : évite l'arrachement du bord ✓ AC 43.13-1B — pratique acceptable D = diamètre nominal du rivet • Référence : AC 43.13-1B Chapitre 2 • Formation AME — Transports Canada
  • Pas (pitch) : Distance entre les centres de deux rivets consécutifs. Le pas standard est de 3D à 5D (D = diamètre du rivet). Un pas de 10D est trop large et réduit la résistance au cisaillement.
  • Distance de bord (edge distance) : Distance minimale du centre du rivet au bord de la tôle. La distance minimale acceptable est de 2D.

Fraisurage et matriçage (dimpling)

Fraisurage vs matriçage (dimpling) Fraisurage vs matriçage (dimpling) FRAISURAGE (COUNTERSINKING) Épaisseur originale Zone affaiblie Matière enlevée t < 0,040 po ⚠ AFFAIBLIT LA TÔLE Enlève de la matière — réduit la résistance Caractéristiques : Coupe en biseau (cône) usinée dans la tôle Tête de rivet affleurante à la surface MATRIÇAGE (DIMPLING) Épaisseur préservée Matière déplacée t < 0,040 po ✓ PRÉFÉRÉ POUR TÔLES MINCES Déplace la matière — préserve l'épaisseur Caractéristiques : Bossage formé par matrice (mâle + femelle) Tête de rivet affleurante — joint plus résistant RÈGLE DE CHOIX — TÔLES MINCES (< 0,040 po / 1,0 mm) Épaisseur tôle t < 0,040 po ? MATRIÇAGE Préserve l'épaisseur FRAISURAGE (déconseillé si t < 0,040 po) Pourquoi le matriçage est préféré : • Le fraisurage enlève de la matière — affaiblit la tôle • Le matriçage déplace la matière — conserve l'épaisseur • Joint plus résistant et meilleure tenue en fatigue • Surface aérodynamique lisse conservée
  • Fraisurage : Enlève de la matière pour créer un siège pour la tête de rivet. Affaiblit la tôle, surtout sur les tôles minces (moins de 0,040 pouce).
  • Matriçage (dimpling) : Déplace la matière autour du trou pour créer un siège surélevé. Préserve l'épaisseur de la tôle et offre un joint plus résistant. Préféré pour les tôles minces.

Fixations spécialisées (Hi-Lok)

Rivets aveugles et fixations Hi-Lok Rivets aveugles et fixations Hi-Lok RIVET AVEUGLE STANDARD (POP) Tôles serrées Tête préformée Matage (faible résistance) Traction tige RÉSISTANCE INFÉRIEURE Cisaillement et traction réduits RIVET STRUCTURAL (CHERRYMAX / HUCK) Rupture de tige affleurante Verrouillage mécanique RÉSISTANCE STRUCTURALE Équivalente aux rivets pleins FIXATION HI-LOK — COLLIER TORQUÉ JUSQU'À RUPTURE 1. Insertion 2. Serrage du collier Couple prédéterminé 3. Rupture de la section hex. Fragment éjecté RÉSULTAT Serrage constant et contrôlé à chaque pose Transports Canada — Formation AME — Structures en tôle — Chapitre 2
  • Composé d'une tige filetée et d'un collier fileté.
  • Le collier est serré avec un outil spécial jusqu'à un couple prédéterminé, puis la section hexagonale du collier se casse.
  • Fournit un serrage constant et contrôlé.
Diagramme — Structures en tôle — Rivets, fixations, marge de pliage, réparations de peau, doublures, épissures STRUCTURES EN TÔLE — RIVETS, FIXATIONS, MARGE DE PLIAGE, RÉPARATIONS Module S-STRUCTURES — AME Mécanicien d'Entretien d'Aéronefs RIVETS ET FIXATIONS • Rivet à tête ronde (AN430) • Rivet à tête fraisée (AN426) • Rivet universel (AN470) • Rivet à expansion (Cherry, Monel, Avex) • Boulon à freinage / écrou DÉSIGNATION AN470 AD 4-7 └ Tête : universelle └ Matériau : alu 2117 └ Ø = 4/16" = 1/4" └ Long. = 7/16" Diamètre = 1.5 × ép. peau ESPACEMENT • Pas = 3D à 6D (D = diamètre rivet) • Bord = 2D minimum • Rangée = 2.5D min. Espacement standard : 1" à 1.5" centre-à-centre MARGE DE PLIAGE • Bend allowance (BA) BA = (0.01743 × R + 0.0078 × T) × θ • Rayon de pliage : R ≥ 2× ép. • Setback = R + T Marge = longueur développée avant pliage RÉPARATIONS DE PEAU • Réparation par doublure • Patch circulaire ou rectangulaire • Découpe des bords endommagés • Angles arrondis (R ≥ 1") • Rivets en quinconce Étapes : inspection → découpe → doublure → rivetage → finition DOUBLURES (REINFORCEMENT) • Épaisseur ≥ 1.2× peau d'origine • Matériau identique ou compatible • Chevauchement ≥ 2 rangées • Joints en cisaillement • Traitement anticorrosion Doublure simple ou double face ÉPISSURES (SPLICE) • Épissure par recouvrement • Épissure à plat (butt splice) • Épissure en Z (Z-splice) • Épissure à double doublure • Alignement des bords Résistance ≥ 85% peau d'origine LÉGENDE : Rivets & Fixations Désignation & Cotes Espacement / Épissures Marge de pliage Note : Toutes les réparations doivent suivre le SRM (Structural Repair Manual) — Tolérances : ±0.005" pour alésages, ±0.5° pour pliages

Marge de pliage

Concepts fondamentaux

  • Rayon de pliage : Toujours mesuré comme le rayon intérieur du pli.
  • Axe neutre : Ligne théorique dans le matériau où les contraintes sont nulles pendant le pliage. Le matériau d'un côté est en compression, de l'autre en tension. L'axe neutre ne change pas de longueur.
  • Dépouille de pliage (setback) : Distance de la ligne tangente de pliage au point de moule (intersection des deux surfaces extérieures du pli).
  • Allocation de pliage (bend allowance) : Quantité de matière dans le pli.

Calcul de la longueur du patron plat

  • La longueur du patron plat est la somme des longueurs des sections droites plus la somme des allocations de pliage.
  • Formule : Longueur patron plat = Somme des sections droites + Somme des allocations de pliage
  • Rayon de pliage minimum : Pour l'alliage 2024-T3, le rayon de pliage minimum recommandé est de 3 fois l'épaisseur du matériau (3T).

Réparations de peau

Types de réparations

Types de pièces de réparation : scab, affleurante, scarf Types de pièces de réparation : scab, affleurante, scarf RAFISTOLAGE (SCAB) Pièce rapportée sur la peau Peau d'origine Pièce scab Chemin de charge excentrique → contraintes de flexion ⚠ Fatigue prématurée • Charge excentrique crée un moment de flexion • Concentration de contraintes aux rivets • Risque de fissuration sous charge répétée PIÈCE AFFLEURANTE (FLUSH) Surface aérodynamique lisse Pièce affleurante Doublure (renfort) Surface lisse ✓ Avantages • Surface aérodynamique lisse • Traînée minimisée • Chemin de charge plus direct • Doublure distribue les charges JOINT EN BISEAU (SCARF) Transition progressive de rigidité Pièce en biseau Biseau Biseau Rôle du joggle • Petit décalage (gradin) formé dans la pièce de réparation • Permet le chevauchement tout en maintenant une surface extérieure affleurante Détail joggle Joggle AC43.13-1B — Réparations de peau : le choix dépend de l'emplacement, des charges et des exigences aérodynamiques Scab = temporaire | Affleurante = aérodynamique | Scarf = transition de rigidité optimale
  • Rafistolage (scab patch) : Pièce placée sur le dessus de la peau, sans doublure. Crée un chemin de charge excentrique, ce qui induit des contraintes de flexion et une fatigue prématurée.
  • Pièce affleurante (flush patch) : Conçue pour être au ras de la peau d'origine. Offre une surface aérodynamique lisse, minimisant la traînée.
  • Joint en biseau (scarf joint) : La pièce et le matériau parent sont effilés pour offrir un changement progressif de rigidité. Critique pour les panneaux de peau sous contrainte afin d'éviter une concentration de contraintes sévère.
  • Joggle : Petit décalage ou gradin formé dans la pièce de réparation pour permettre un chevauchement tout en maintenant une surface extérieure affleurante.

Composants de réparation

  • Doublure (doubler) : Plaque de renfort placée sous la peau pour distribuer les charges de la pièce de réparation à la structure existante.
  • Rivet d'arrêt (stop-drill rivet) : Installé à l'extrémité d'une fissure, après un trou d'arrêt, pour réduire la concentration de contraintes et empêcher la propagation de la fissure.

Considérations sur l'épaisseur de la pièce

  • L'épaisseur de la pièce de réparation doit être déterminée par une analyse technique ou les données du manuel de réparation structurale (SRM). Une pièce trop épaisse peut créer une concentration de contraintes et modifier les chemins de charge.

Doublures et épissures

Doublures

  • Une doublure est une plaque de renfort utilisée pour distribuer les charges de la pièce de réparation à la structure existante.
  • Elle est généralement placée sur le côté arrière de la peau pour renforcer la zone autour du dommage.
  • La doublure aide à prévenir la création d'une nouvelle concentration de contraintes.

Épissures

  • Épissure d'angle (angle splice) : Méthode de réparation pour joindre deux pièces d'un élément structural en forme d'angle (comme un longeron). Conçue pour transférer les charges de traction, compression et cisaillement à travers la zone endommagée.

Formules, règlements et procédures importantes

Formules

  • Allocation de pliage (BA) : BA = A (π/180) (R + K*T), où A est l'angle de pliage en degrés, R le rayon de pliage intérieur, T l'épaisseur du matériau, et K le facteur K (généralement 0,33 pour l'aluminium).
  • Longueur du patron plat : Longueur patron plat = Somme des sections droites + Somme des allocations de pliage

Règlements et normes

  • AC43.13-1B : Document de référence pour les pratiques de réparation acceptables.
  • Rayon de pliage minimum : Pour l'alliage 2024-T3, le rayon de pliage minimum recommandé est de 3T.
  • Pas des rivets : Standard de 3D à 5D.
  • Distance de bord minimale : 2D.
  • Diamètre du trou d'arrêt : Minimum de 1/8 pouce (0,125 pouce).
  • Trous de rivet : Doivent être ébavurés des deux côtés pour éliminer les arêtes vives qui agissent comme des concentrateurs de contraintes.

Procédures

  • Retrait d'un rivet endommagé : Percer au centre de la tête avec un foret légèrement plus petit que le diamètre de la tige. Retirer la tête, puis chasser la tige restante avec un poinçon.
  • Perçage des trous de rivet : Utiliser une vitesse lente avec une pression d'avance ferme et régulière pour éviter l'écrouissage du matériau.
  • Inspection des réparations : Consulter d'abord le manuel de réparation structurale (SRM) du fabricant pour déterminer les limites de dommages admissibles.

Relations entre les concepts

  • Sélection du rivet et matériau : Le matériau du rivet doit être compatible avec le matériau de la structure pour éviter la corrosion galvanique. Par exemple, les rivets en acier plaqué au cadmium doivent être évités sur le magnésium.
  • Épaisseur de la tôle et méthode de fraisurage : Le choix entre le fraisurage et le matriçage dépend de l'épaisseur de la tôle. Le matriçage est préféré pour les tôles minces (< 0,040 pouce) car il préserve l'épaisseur et la résistance.
  • Pas des rivets et résistance du joint : Un pas trop large (10D) concentre la charge sur quelques rivets et réduit la résistance au cisaillement. Un pas trop serré (1D-2D) peut causer un flambage inter-rivets.
  • Type de réparation et aérodynamisme : Les pièces affleurantes sont préférées sur les surfaces à grande vitesse pour minimiser la traînée, tandis que les rafistolages créent des bosses qui augmentent la traînée.
  • Doublure et distribution des charges : Une doublure est essentielle pour distribuer les charges de la pièce de réparation à la structure existante, évitant ainsi les concentrations de contraintes.
  • Allocation de pliage et patron plat : L'allocation de pliage est utilisée pour calculer la longueur du patron plat, qui est la somme des sections droites et des allocations de pliage.
Chapitre 1RAC et règlements — Normes 566, 571, 573, Données approuvées, Délivrance de maintenanceChapitre 3Structures composites — Fibre de verre, Fibre de carbone, Kevlar, Nid d'abeille, Mise sous vide, Réparations collées

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