Brevet FR2540430A3 — publié le 19840810

FR 2540430 A3 19840810 FR 8302008 A 19830207 BREVET D'INVENTION TITRE: BIELIE OU POUTRE RESSORT HELIPTIQUE EN MATEIRAUX COMOPOSITES DOMAINE DE LA TECHNIQUE: Rielle de tout moteurs thermique, bielle structurale ou poutre ou ressort héliptiqueen aviation, industrie, transport, bâtiment. ETAT DE LA TECHNIQUE: De nombreux brevets décrivant des bielles structurales ou bielles de motours thermiques en faisant appel b des matériaux composites générale- ment obtenus par enroulement filmmentaire. Â l'analyse ces bielles tra- vaillent bien en traction mais présentent de graves problèmes de stabi- lité et de capacité de charge en compression. OBJET DU BREVET: Décrire une bielle ou poutre capable de subir des efforts de le traction compression & vée sans risque de délaminage nu d'instabilité - il peut s'agir de bielles à chapems, démontable ou préférentiellement de bielles monobloc à alésage de tête et pied de bielles, (telles les bielles de moteurs thenniques) ou de poutres terminées par des faces d'appuis ou des fillstages telles des poussoirs de soupapes ou des poutres de renvoi de commande typique en aviation. POSITION DU PROBLEME Lorsque l'on tasse par exemple une poutre de matériaux homogénes de failble élancement elle a tendance à se racourir et à augmenter de dismètre en adoptant une forme dite d "tonncan", elle se brise ensuite de différences manières suivant sa structure. PRINCIPE DE L'INVENTION Si l'on dispose une frette autour du cylindre décris précédement (à l'image des cerclages sur les tonnaux) on évite ou du moins on contrôle la déformation de la poutre. Celle-ci peut alors subir des contraintes de compression nottamment supérieures avant déformation et rupture. MOYEN PRATIQUE DE MISE EN OEUVRE A/ Cas d'une bielle monblanc avec 2 anneaux d'extrémité c'est à dire par exemple type du moteur thermique. Voir figure 1: elle est constituée préférentiellement par 2 paliers, c'est à dire 2 alésage "O" à maintenir en position relative l'un par rapport à l'autre. Une solution consiste à disposer 2 paliers "6" et à mouler une partie centrale que nous appellorons par comodité moëlle, elle est notée "2" sur le dessin. La moëlle solidarise les 2 paliers en allant de l'une à l'autre. Remarque 1 Eventuellement on peut se passer des cousinstes "6" et utiliser directement la moëlle comme aléage "O". 2 La moëlle peut être soit massive soit alvéolaire soit consistuée d'une ou plusieurs cavités telle que cell notée "1" sur le dessin. 3 On peut notamment imaginer à l'extrême que la moëlle soit une cavité à mince parois contenant un liquide ou une pate, un polymère ou un gas sous pression, exemple: slicone, caoutchouc, huile. La moëlle peut être constituée par une matrice: 1 De plastique thermoplastique ou mieux thmermodurcisable (tel qu'un epoxy, un polyester, un phénolique, un polyimide) 2 De métal tel par exemple un aliage aluminiumou de magnésium ou d'acier. 3 La moëlle peut être obtenues par tout moyen classiuqe tel moulage, fritage, forgeage. La matrice de la moëlle peut contenir ou non des charges telle par ordre préférenteil des charges minérales ( par exemple un sable de silice) des fibres hachées ou non, des farines minérales, des débris ou morceaux de crabures ou de céramiques (tel le carbure de silicium), des billes de verre creuse eu des déchets de verre. On peut imaginer par exemple des pièces fritées acier - carbure de silicium - Une solution préférentielle à nos yeux notemment au plan économique étant epoxy sable de silice. Un enroulement mono-géodésique noté"4" figure 1 assure le coatr8le des contraintes de traction, en effet il tourne autour des deux paliers et les maintien donc. Un enroulement complémentaire noté "3" prend l'axe "10" pour l'axe de rotation. C'est le "corset", c'est à dire une frette préférentiellement filamentaire qui peut outre d'épaisseur variable adoptant par exemple une loi de répartition en tonneau t une coupe perpendiculaire b l'axe "10" au niveau du "corset" peut donc titre circulaire éliptique ou comple- xe b bords arrondis. Remarque : 1 Dans le cas de bielle travaillant uniquement en traction le "corset" peut être supprimé. 20 Dans le cas de bielles travaillant en compression uniquement l'enroulement géodésique peut Outre supprimé. VARIANTE La figure 2 montre le détail d'une teste de palier où la tête est une pièos complète indépendante notée "5" rapportée sur la moé.lle notée "2" et éventuellement centrée par un moyen mécanique noté "Il". La figure 3 montre le détail d'une ttc de palier où la moelle "2" borde le palier 6 sur une partie seulement de sa circonférence. La figure 5 montre une variante de forme du palier 6 où des extrémités de la moëlle telle que dessinée en figure 1 ou du palier 5 de la figure 2 telle que les ailes "13" sont rapportées pour faciliter le guidage de l'enroulement filamentaire lors de la pose. Remarque s un outillage démontable peut fournir le même service. La figure 4 montre le cas où l'extrSmité de la bielle est de révolution c'est b dire défini, par exemple par un filetage 8 ou une face d'appui. Dans ce cas soit 1' extrOmité fait partie de la moëlle 2 soit il s' agit d'un insert rapporté Un enroulement pseudo-géodésique symétrique de révolution 9 autour de l'axe 10 est alors possible à la manière de celui des bouteilles à pression ou des corps de propulseur de missiles (9 en indique l'allure) Remsraue : 10 Toute fibre enduite peut servir à constituer les enroulements décrits exemple : fibre de verre, kevlar, carbone, fils métallique. Les matrices peuvent être l'une quelconques de celles précédamment décrites pour les mortiers. 20 Une bielle à chapeau démontable peut s'inspirer du dessin 4. 30 Un ressort héliptique peut,Etre constitué par une bielle telle que décrite plus haut d'ase 10 droit ou hélipitique; pour améliorer les pr priétés en tenue sous poussée latérale on a avantage à avoir une forme telle qu'une section de la bielle perpendiculaire à 10 là où est le corset soit une élipse de grand ase paralléle à l'axe des paliers O (figure 1). 40 La frette ou corset 3 peut être un tube métallique par exemple en acier. 5 La moëlle peut être en béton hydraulique, la bielle étant alors par exemple un pilier (applicstion bâtiment). 6 Dans la disposition préférentielle telle que décrite par les figures 1-2 et 3 l'enroulement mono-géodésique peut être également soit un ruban par exemple d1 acier soit un anneau oblong par exemple en acier qui a également pu' strie une partie du moule de la moëlle. REVENDICATIONS 10 Structure en matériaux composites telle que bielle ou poutre légére ou ressort elliptique capable de transmettre des efforts de compression et éventuellement des efforts de traction et flexion; constituée par une partie centrale appelée moëlle; une frette, "le corset", entoure la pièce et la gaine sur la plus grande partie de sa longueur. t' inven- tion se caractérise par le fait que le corset est constitué par un tube métallique. 2 Invention selon la revendication 10 caractérisée par le fait que le long de la moelle on dépose un enroulement géodésique allant de l'une de ses extrémités à l'autre. 30 Invention selon lune des revendications 10 et 20 caractérisée par l fait que le corset est constitué par un enroulement filament aire. 40 Invention selon l'une des revendications 10 à 3 caractérisée par le fait que l'enroulement géodésique est constitué par un anneau métallique. 50 Invention selon l'une-des revendications 10 à 40 caractérisée par le fait que la moëlle est constituée par un matériau homogéne. 60 - Invention selon l'une des revendications 10 à 50 caractérisée par le fait que la moelle est constituée par un mortier comportant des char- ges préférentiellement mais non exclusivement minérale ou céramique. 70 Invention selon l'une des revendications 10 à 60 caractérisée par le fait que la moelle contint une ou des cavités. 80 Invention selon l'une des revendications 10 à 7 caractérisée par le fait que la ou les cavités de la moelle contiennent un liquide, une pate ou un gaz.