Brevet FR2432673A1 — publié le 19800229

La présente invention a pour objet une structure autoporteuse comprenant une âme en nid d'abeille presentant, perpendiculairement aux cloisons du nid d'abeille, deux faces sensiblement planes et parallèles. De telles structures sont largement utilisées, notamment dans le domaine aéronautique. Elles ont l'avantage d'un poids beaucoup plus faible que des pièces massives ayant des propriétés mécaniques comparables. L'invention vise a fournir une structure autoporteuse du genre ci-dessus présentant un coefficient de dilatation très faible ou même nul dans au moins une direction parallèle au plan des faces. Dans ce but, l'invention propose notamment une structure dans laquelle chaque face de l'amie est revêtue d'un treillis de bandes entrecroisées, avantageusement disposées dans au moins deux directions perpendiculaires, bandes constituées en matériau composite comprenant des fibres de coefficient de dilatation sensiblement nul ou négatif orientées dans au moins trois directions différentes, fibres enrobées par un matériau de solidarisation, les bandes étant fixées à plat sur l'âme, au moins a leurs extrémités, par exemple par collage. Une telle structure trouve une application importante, bien que non exclusive, dans la réalisation de bancs supports pour des dispositifs optiques devant fonctionner dans une large plage de températures. La structure conforme a l'invention est beaucoup plus legere qu'une structure massive de propriétés comparables réalisée en matériau a faible coefficient de dilatation, par exemple en alliage designé par la marque "INVAR". Il suffit souvent que la structure ait un coefficient de dilatation très faible ou nul dans une seule direction, ce qui laisse une large latitude dans le choix des paramètres. Mais on peut également, étant donné le nombre de paramètres dont on dispose, réaliser une structure ayant un coefficient de dilatation très faible ou même sensiblement nul dans deux directions perpendiculaires. L'âme en nid d'abeille peut déborder des bandes. En particulier, elle peut occuper tous les espaces entre les bandes du treillis. Mais, lorsqu'on recherche une légèreté maximum, on aura souvent intérêt à ne laisser subsister l'âme que sous les bandes. Les bandes seront généralement constituées en fibres de carbone enrobées de résine synthétique et constituées en plusieurs couches solidarisées les unes des autres, chaque couche comportant des fibres disposées dans une seule direction. Le treillis comportera avantageusement des bandes de triangulation constituant des diagonales du quadrillage constitué par les autres bandes. Ces bandes de triangulation sont disposées de façon que, dans les zones de jonction de trois bandes, les fibres neutres de ces trois bandes passant par une même ligne droite,parallèle aux cloisons de l'âme. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de structures qui en constituent des modes particuliers de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère au dessin qui l'accompagne, dans lequel - la figure 1 montre schématiquement, en perspective, une structure suivant l'invention, les cloisons du nid d'abeille étant représentées avec un écartement très supérieur à leur écartement réel pour plus de clarté - la figure 2 montre schématiquement, en vue de dessus, un noeud de la triangulation - la figure 3 est un schéma de principe montrant une poutre constituée par assemblage de trois structures suivant la figure 1, en coupe suivant un plan perpendiculaire à l'axe de la poutre. La poutre 10 représentée schématiquement en figure l comporte une âme Il en nid d'abeille portant sur chaque face un treillis. L'âme se présente sous forme d'une plaque allongée d'épaisseur constante. Les parois de la structure alvéolée, disposées perpendiculairement aux deux grandes faces du panneau, pourront etre en matériau de diverse nature. En général, on utilisera un métal, tel que l'aluminium ou un alliage léger. On peut toutefois également utiliser des structures alvéolées en matériau synthétique et meme, lorsqu'il n'y a pas de risques d'absorption d'humidité, en matériau cellulosique. A titre d'exemple de structure alvéolée utilisable, on peut citer celle connue sous la marque "NIDA". Les treillis qui recouvrent les deux grandes faces de l'âme seront en général identiques. Ils se composent de bandes disposées suivant trois directions, dans le cas illustré en figures 1 et 2 du moins. Le treillis visible sur la figure 1 comporte des bandes longitudinales 12, des bandes transversales 13 et des bandes diagonales 14. Toutes ces bandes ont la même constitution générale. Elles se composent de plusieurs couches solidarisées les unes des autres en fibres de carbone enrobées dans une résine polymérisée. Certaines des couches (en général la majeure partie) comporteront uniquement des fibres disposées dans le sens longitudinal des bandes.D'autres couches comporteront des fibres placées dans le-plan de la bande, mais obliquement ou perpendiculairement à la direction longitudinale pour que les bandes aient une tenue mécanique satisfaisante dans toutes les directions et pour qu'il soit possible d'ajuster le coefficient de dilatation dans le sens transverse. Dans un mode particulier de realisat-ion, on a utilisé des bandes constituées de douze couches. Les quatre couches externes et les quatre couche internes comportent des fibres longitudinales. De chaque côte du plan médian, les deux couches intermédiaires comportent des fibres qui sont, dans l'une, à + 600, dans l'autre à - 600, de la direction longitudinale. Les bandes sont fixées a plat sur l'âme ll, au moins dans leurs partiesterminales.Cette fixation pourra être effectuée par collage, par exemple en utilisant la même résine que celle qui constitue les bandes. Des évidements pratiqués dans l'âme permettent de placer les bandes 12, 13 et 14 en configuration étagee, comme le montre la figure 1. Les bandes sont placees de façon que leurs fibres neutres passent par un même axe parallèle aux cloisons de l'âme au noeud de la structure (figure 2). Au lieu de fixer les bandes par collage, on peut les maintenir par des boulons ou rivets places dans des trous percés aux noeuds 15 (figure 2) ou par collage uniquement aux noeuds. Les bandes ainsi constituées auront des coefficients de dilatation a1 dans le sens longitudinal et a2 dans le sens transverse. Ces coefficients peuvent être différents pour les bandes longitudinales, transversales et diagonales. On dispose ainsi d'un nombre de paramètres suffisant pour donner à la structure un coefficient de dilatation déterminé dans le sens longitudinal et, si on le souhaite, egalement dans le sens transversal. En général, on recherchera un coefficient de dilatation sensiblement nul (par exemple inférieur à 10 6) au moins dans le sens longitudinal, pour une plage de températures de plusieurs dizaines de degrés. Mais, dans d'autres cas, on recherchera un coefficient de dilatation adapte à celui d'une autre nièce sur laquelle la structure est fixée. Par exemple, dans le domaine aéronautique et spatial, on pourra rechercher un coefficient de dilatation égal à celui du titane. La structure peut être fabriquée de la façon suivante. On part d'un panneau de nid d'abeille qu'on découpe aux dimensions requises et dont on usine les faces pour constituer le logement des bandes. Les bandes, préalablement préparées et découpées,sont mises en place avec interposition de résine de même nature que celle qui a servi à les constituer. La structure est maintenue par des cales et portée en autoclave pour polymeriser la résine. Enfin, la structure ainsi constituée est usinée, par exemple à la fraise-scie, pour éliminer l'amie dans les caissons délimités par les bandes. Les structures qui viennent d'être définies peuvent être utilisées isolément-ou assemblées pour constituer des ensembles plus complexes et notamment des poutres. Dans le mode de réalisation illustré en figure 3, trois structures, constituées par des panneaux de forme allongée 10a, 10b et vioc, ayant une constitution identique, sont maintenues de façon à constituer une poutre en forme de prisme dont la section droite est en forme de triangle équilatéral, a l'aide de cornières 16 et 17. On peut, par un choix approprié de la constitution des bandes et de leurs dimensions, donner à une telle poutre un coefficient de dilatation sensiblement nul, aussi bien dans le sens longitudinal que dans le plan transversal à ce sens. A titre d'exemple, on peut indiquer qu'une poutre du genre montré en figure 1 a été réalisée pour constituer un banc d'optique. Cette structure avait une longueur de 400 mm et une largeur de 250 mm. Elle comportait une âme en nid d'abeille d'aluminium d'environ 18 mm d'épaisseur et des bandes en douze couches, du type défini plus haut. Elle constituait un banc d'optique, portant les éléments dioptriques par l'intermédiaire de supports en INVAR. REVENDICATIONS 1. Structure autoporteuse comprenant une âme en nid d'abeille présentant, perpendiculairement aux cloisons, deux faces sensiblement planes et parallèles, caractérisée en ce que chaque face est revêtue d'un treillis de bandes entrecroisées disposées dans au moins deux directions, bandes constituées en matériau composite comprenant des fibres de coefficient de dilatation sensiblement nul ou négatif orientées dans au moins trois directions différentes, enrobées par un matériau de solidarisation, les bandes étant fixées à plat sur l'âme, au moins à leurs extrémités. 2. Structure suivant la revendication l, caractérisée en ce que le treillis comporte, en plus de bandes disposées dans au moins deux directions perpendiculaires, des bandes de triangulation disposées dans une troisième direction et placées de façon que, dans les zones de jonction de trois bandes, les fibres neutres de ces trois bandes passent par une même droite parallèle aux cloisons. 3. Structure autoporteuse suivant la revendication l ou 2, caractérisée en ce que l'âme est évidée de façon à se réduire aux parties disposées entre des bandes. 4. Structure suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les bandes sont constituées en fibres de carbone enrobées de résine synthétique. 5. Structure suivant l'une quelconque des revendications précedentes, caractérisée en ce que chaque bande se compose de plusieurs couches solidarisées les unes des autres, chaque couche comportant des fibres disposées dans une seule direction. 6. Structure suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les bandes sont solidarisées de l'rame par collage à chaud, par exemple à l'aide d'une résine époxy,ou par collage à froid. 7. Structure suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les bandes ont des dimensions et une disposition telles que le coefficient de dilatation de la structure, dans une direction déterminée au moins, soit sensiblement nul dans un domaine de température déterminé. 8. Structure suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'une des directions des fibres est la direction de la bande. 9. Application de structures suivant l'une quelconque des revendications précédentes à la construction de poutres, par assemblage et solidarisation de structures de telle façon qu'elles constituent une structure polygonale ayant ou non une symétrie de révolution d'ordre égal au nombre des structures. 10. Application suivant la revendication 9, caractérisée en ce que chaque structure est associée aux deux structures adjacentes par des cornières internes et externes solidaires desdites faces. 11. Poutre,caractérisée en ce qu'ellé comporte une pluralité de structures autoporteuses allongées constituant les côtés d'un prisme à section droite polygonale, assemblées par des cornières internes et externes disposées dans les dièdres du prisme, chacune desdites structures comprenant une âme en nid d'abeille présentant, perpendiculairement aux cloisons du nid d'abeille, deux faces sensiblement planes et parallèles revêtues de matériau composite comprenant des fibres de coefficient de dilatation sensiblement nul ou négatif, orientées dans au moins trois directions différentes et enrobées par un matériau de solidarisation, ledit matériau étant fixé, au moins localement, à plat sur l'âme.