Modélisation, optimisation et automatisation de la mise en forme par grenaillage de revêtements d'aile d'avion en aluminium

 

Chercheur responsable

Frédérick Gosselin, École Polytechnique de Montréal

 

Domaine : Fabrication et construction

Programme projet de recherche orientée en partenariat sur la production et la transformation de l'aluminium (1er concours)

Concours 2016-2017

Durée du projet : 3 ans

Budget total accordé au projet (incluant les FIR) : 300 000 $

Partenaire financier

  • Ministère de l'Économie, de la Science et de l'Innovation

Partenaire du projet

  • Aerosphere inc.

Équipe de recherche

  • Frédérick Gosselin, École Polytechnique
  • Farbod Khameneifar, École Polytechnique
  • Martin Lévesque, École Polytechnique
  • Claude Perron, Centre technologique en aérospatiale (CTA)

Collaborateur

  • Guy Levasseur, Aerosphere Inc.

Les panneaux d'aile d'avion en aluminium sont mis en forme par le procédé de grenaillage. Ce traitement de surface consiste à projeter à grande vitesse des particules, appelées grenailles, sur une surface métallique. Les impacts étirent une fine couche de matière en surface, ce qui induit des contraintes résiduelles de compression. Lorsqu'il est appliqué sur des tôles minces, le procédé induit des contraintes résiduelles suffisantes pour courber tôles et les mettre en forme. L'industrie de la mise en forme par grenaillage au Québec repose sur un savoir-faire manuel et empirique qui ne s'enseigne dans aucune école. Puisqu'elle ne dispose pas de modèle théorique du procédé de mise en forme, l'industrie québécoise ne peut l'optimiser et l'automatiser efficacement.

Objectifs

Le projet a pour objectif de fournir à notre industrie aérospatiale les modèles numériques fiables dont elle a absolument besoin pour réduire ses coûts de développement de nouvelles procédures de mise en forme par grenaillage, automatiser le procédé et former la main d'oeuvre de demain avec les meilleurs outils technologiques. Ce travail sera réalisé au travers d'un partenariat entre la PME Montréalaise Aérosphère, l'École Polytechnique de Montréal, et le Centre technologique en aérospatiale.

Un simulateur de mise en forme par grenaillage sera développé pour en faire un puissant outil de marketing. Le simulateur permettra à Aérosphère de démontrer sa maîtrise de la technologie de mise en forme à ses clients en illustrant la complexité géométrique du procédé. Un algorithme d'optimisation des paramètres de grenaillage sera mis en oeuvre pour offrire la capacité de développer de nouvelles procédures mise en forme beaucoup plus rapidement que par la traditionnelle méthode d'essais- erreurs. Un démonstrateur technologique de l'automatisation du procédé de grenaillage dans une boucle fermée permettra d'augmenter dramatiquement la robustesse du procédé de mise en forme. La rétroaction apportée par la reconstruction 3D de la pièce se déformant en temps réel dans l'algorithme de calcul permettra de compenser toutes les imperfections et les incertitudes sur les propriétés matériaux, la géométrie de la pièce et les paramètres de grenaillage.

Résultats attendus et retombées escomptées

La nécessité de simuler et d'automatiser le procédé de mise en forme par grenaillage des tôles minces d'aluminium découle directement de la volonté de l'industrie aérospatiale de concevoir des avions plus légers et donc plus écoénergétiques. En effet, la tendance en aérospatiale est de concevoir de plus grandes pièces nécessitants moins de joints. Celles-ci sont plus légères, mais aussi beaucoup plus complexes à mettre en forme que plusieurs petites pièces jointes ensemble. La recherche proposée ouvre la possibilité de développer de nouvelles procédures de mise en forme de revêtements d'aile d'avion avec lesquelles on obtient la forme voulue du premier coup. Tout ça, avec des calculs fait sur un ordinateur personnel. Les compagnies de mise en forme par grenaillage québécoises investissent des mois de travail pour développer de nouvelles procédures par essaiserreurs. La recherche permettra la mise au point d'outils numérique et d'automatisation coupant le temps de développement de procédures de grenaillage de plusieurs mois à quelques jours.

 

Appel de propositions

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