Brevet FR2565836A1 — publié le 19851220

ta présente invention concerne la conception technique de la structure interne qui constitue l'élément principal d'un ski de neige. Les dessins annexés Fiv.1 à FiG.5 représentent en coupes transversales l'état de la technique antérieure développée ci-après. La structure de base 1 (FiG.i) connue 9 ce jour n'est pas un profil d'égale résistance à la flexion. Celle-ci, généralement apparentée aux rectangles creux est plus faible au droit des faces qu'au droit des angles. En effet, sous l'action des charges verticales C uniformément réparties, le fléchissement en T' est beaucoup plus important qu'en T. La souplesse des faces horizontales contraste avec la rigidité des côtés latéraux 3. La structure de basez (FiG.i) connue à ce jour n'est pas autoporteuse sur ses appuis A et B (emplacements des carres métalliques) lorsqu'elle est soumise aux diverses charges C dont les effets tendent à la fléchir d'une valeur i. En effet, sous l'action de ces charges, la face inférieure franchit le plan de sustentation Z'Z en déformant la structure 1 de la position initiale à une position fléchie 1'. Elle est donc réversible au delà du plan de sustentation Z'Z. La structure de base 1 (FiG.l) connue à ce jour n'est pas autocompensable aux fléchissements i. En effet seule l'élasticité du matériau compense en partie ces fléchissements. Par suite, la fatigue élastique du matériau entrain des déformations permanentes E (FiG.2). Dès lors, après chaque sollicitation des charges verticales le retour par élasticité à la position initiale 1 (alignée selon le plan de sustentation Z'Z) devient impossible. En conséquence, 11 élasticité des structures connues à ce jour n'est transmise que par la précontrainte longitudinale (galbe). Son agissement est à simple effet puisque n'étant pas soutenu transversalement par la structure elle même, d'où une fatigue rapide du rappel en cambrure, d'où une nervosité peu efficace. Suite à l'inconvénient précédent, la fatigue des matériaux due au vieillissement, provoque une microdéformation permanente E (FiG.2) de la structure 1 connue à ce-jour, qui modifie sa géomètrie et déstabilise l'ensemble des divers éléments qui la composent, comme les chants, le dessus, la semelle, les insertions diverses, les renforts, les laminations, etc...Ceux-ci sont montés de manière trop hétérogène pour supporter une déformation permanente de la structure de base. En conséquence, les performances du ski sont limitées en valeur et en durée. D'après le principe du polygone de sustentation (courbe convexe contenant tous les points par lesquels un corps solide repose sur un plan) on peut considérer (FiC.2) que les surfaces relatives aux parties angulaires AS1 et AS2 ne sont pas sollicitées à l'effort de portance du solide (ski) de section L x H. La matière qu'ellesreprésentent est donc statiquement neutre. Par ailleurs, dans la pratique du ski, les contraintes mécaniques agissent au niveau des appuis A et B (FiG.2) et de la semelle (située entre A et B) mais non pas au niveau des angles supérieurs situés en ASi et AS2. Ceux-ci ne sont pas sollicités dynamiquement. En conclusion, la matière située en AS1 et AS2 (FiG.2) est inutile puisqu'elle est statiquement et dynamiquement neutre, d'où les inconvénients ci-après Les skis connus à ce jour (FiG.3) à section rectangulaire 1 opposent une forte inertie aux efforts de pivotementoC de centre 0 (Carre). Cette forte inertie provient des masses extrêmes dont les sections sont situées en ASI et AS2. Le rayon de giration d, distance du point 0 au centre de gravité de AS2 (exemple) est de dimension voisine de celle de la fibre la plus éloignée (diagonale D), d'où un moment d'inertie de surface (Io = AS2 x d2) important puisque lié au carré du rayon de giration. Ce phénomène rend difficile la maniabilité du ski 1 en pivotement sur les carres. En rapport avec l'inconvénient précédent, la matière inutile (puisque mécaniquement neutre) contenues par les surfaces AS1 et AS2 (FiG.3) représente 20 Z de celle contenue par la section pleine L x H. D'où un excédent de poids de 20 %. Les skis connus à ce jour, de section rectangulaire 1. (FiG.4) opposent une forte résistance latérale à l'écoulement P.N de la neige (cas de ski en profonde notamment). En effet cette résistance, qui prend appui sur toute la hauteur H du ski 1, crée un cane de résistance P.O important. A cet inconvénient vient s'ajouter celui provoqué par les perturbations P.R situées sur le dessus 2 du ski non profilé aérodynamiquement. Ce manque d'aérodynamisme transversal nuit autant à la maniabilité en neige profonde qu'à la tenue à grande vitesse du ski 1. Les skis 1 (FiG.5) connus à ce jour sont très sensibles aux déséquilibres provoqués par des poussées où des chocs latéraux, traduits schématiquement par la force F. Cette force agit sur la tranche 3 du ski 1. La source de déséquilibre dépend du moment de la force F par rapport au plan Z'Z. Ce moment est maximum lorsque la force F agit sur le sommet de la tranche 3. Sa valeur devient donc : MtF(Z'Z) = F x H. Ces déséquilibres latéraux nuisent au maintien de la bonne trajectoire et de la stabilité du skis. La structure selon l'invention, définie par son profil transversal bi-convexe, permet d'éviter ces inconvénients. La section du ski qu'elle équipe s'inscrit dans un rectangle L x H. A titre de comparaison précise, cet encombrement est identique à celui d'un ski connu à ce jour. Les dessins annexés FiG.6 à FiG.14 représentent en coupes transversales la technique de l'invention développée ci-après. En reprenant le principe du polygone de sustentation, les surfaces angulaires ASt et AS2 (FiG.6)sont statiquement neutres. D'autre part, dans la pratique du ski, les contraintes mécaniques agissent au niveau des carres (appuis A et B) et de la semelle (entre A et B). Les parties en AS1 et AS2 ne sont donc pratiquement pas sollicitées à ces contraintes. Par conséquent elles sont également dynamiquement neutres. Résultat : suppression des angles AS1 et AS2. La courbe convexe N.S. (FiG.6) du polygone de sustentation du solide L x H définie donc la face supérieure du profil 5 de la structure selon l'invention. Par principe d'homogenéitéstant structurelle (effet statique) que mécanique (effet dynamique) la face inférieure N.I. (FiG.6) du profil 5 selon l'invention est également de forme convexe. Les faces supérieure/et inférieure N.I (FiG.6) inscrites dans le rectangle L x H (encombrement du ski) sont concourrantes aux appuis A et B où elles se raccordent par des arrondis. Cet ensemble définitlepro- fil bi-convexe 5 de la structure selon l'invention. Le profil 5 (FiG.7) selon l'invention, considéré sur les appuis A et B et soumis aux charges verticales C uniformément réparties réagit comme une poutre d'égale résistance à la flexion en opposant à ces charges des réactionsuniformément proportionnelles aux moments fléchissants. Suivant le principe qu'un profil creux fermé résiste mieux à la torsion qu'un profil plein (à quantité de matière égale),la structure 4 est (FiG.IO) selon l'inventionlconcue à partir du profil bi-convexe,creux d'épaisseur e et fermé. La souplesse en flexion et la rigidité en torsion sont modulés par le jeu d'éventuels raidisseurs R (FiG.10) dont le nombre, la position et l'inclinaison doivent permettre à la structure 4 de conserver sa caractéristique d'égale résistance. Considérons maintenant que le profil 5 (FiG.7) selon l'invention est soumis à des charges C verticales dont la contrainte totale atteint celle de la limite élastique. Ce cas, le plus défavorable, entratne le profil 5 dans une position fléchie 5' dont la deformationd est maximum. Sachant que la précontrainte f est fonction de la contrainte de rupture (elle même supérieure à la limite élastique) on peut établir que d ( f. Il en résulte que,dans le plus mauvais des cas, la face inférieure N.I du profil 5 reste convexe. Donc le profil 5 selon l'invention, considéré sur ses appuis A et B est irréversible au dela du plan de sustentation Z'Z. Il est par conséquent autoporteur sur ses appuis A et B (carres). La structure 4 (FiG.10) issue du profil bi-convexe est autoporteuse sur ses-appuis (A et B) où l'intérêt réside à y solidariser les carres métalliques. On obtient alors (FiG.12) la structure monobloc 14 dont les carres 9 à ailettes 10 sont ancrées dans son épaisseur e Par suite, le profil 5 (FiG.7) selon l'invention est caractérisé par la précontrainte de flèche f située sous la face inférieure N.I dont le but est de compenser les fléchissements élastiques d sans varier sa géométrie bi-convexe. Suivant le cas précédent, on peut dire à fortiori que le profil 5 (FiG.7) selon l'invention compense les microdéformations b' permanentes dues à la fatigue élastique du matériau, sans modification du principe initial d'irréversibilité, donc de stabilité structurelle. D'autre part, lorsque les charges C (FiG.7) cessent leurs efforts le profil 5' revient dans sa position initiale 5 sous les effets conjugués de l'élasticité du måtériau et de l'auto rappel en cambrure lié à sa géomètrie bi-convexe irréversible. De ce fait la nervosité du ski conçu avec le profil 5 selon l'invention est à double effet, le premier agissant dans le sens longitudinal et ie deuxième dans le sens transversal de manière simultanée. La section transversale S du ski (FiG.13) conçu avec la structure selon l'invention montre71es tranches 8 de hauteur h Toujours dans le cas d'utilisation en profonde, le dessus 7 (FiG.13) du ski selon l'invention, de forme aérodynamique, offre peu de résistance à l'écoulementP.N de la neige. ta forme aérodynamique transversale S (FiG.13) du ski selon l'invention, complétée par la forme aérodynamique longitudinale (lignes -fuyantes) offre peu de résistance à l'air (cas de ski à grande vitesse). Le ski selon l'invention (FiG.8) de section S, soumis à un effort de pivotement cC de centre Q' (carre) oppose une inertie propre dont l'intensité est celle de la surface pleine ladi allègée de l'inertie partielle exercée par les surfaces angulaires dont AS2 (cas de figure). Or le moment d'inertie de la surface AS2 (Io = AS2 x d ) est très important puisque lié au carré du rayon de giration d (distance de O' au centre de gravité de AS2) de dimension voisine de celle de la fibre la plus éloignée (diagonale D). Par conséquent la section S du ski selon l'invention est un profil de faible inertie en pivotement. D'autre part la section S (FiG.8) du ski selon l'invention est 20 % plus faible que la surface pleine t x H de méme encombrement.Par analogie,le poids de la matière correspondante est 20 X plus faible. Le ski de section S (FiC.13) selon l'invention dispose d'un centre de gravité G' plus bas (hl) que celui G (FiG.5) de la section pleine L x H. En effet (FiG.13) hi C 2 .Cette caractéristique a pour effet dtaug- 2 menter le potentiel de stabilité du ski S. Le ski de section S (FiG.9) selon l'invention est peu sensible aux poussées latérales F, agissant (dans le pire des cas) au sommet de la tranche 8, c'est à dire à une hauteur h par rapport au plan de sustentation Z'Z. En effet, la source de déséquilibre (Mt F (Z'Z) = F x h) est 2,8 fois plus petite (à conditions égales) que celle des skis connus à ce jour H = 34 puisque d'après les calculs le rapport h = 12 - > H # 2,8 h. Cette carac- téristique a pour effet de faciliter dans la pratique le maintien de la bonne trajectoire et de la stabilité du ski de section S. Le dessin annexé (FiG.14) est une vue en coupe transversale du ski équipé de la structure monobloc à profil bi-convexe. L'ensemble comprend la structure monobloc 14 (solidarisée avec les carres 9) protégée sur le dessus par une finition 7 qui se prolonge sur les chants 12, et complétée en dessous par une semelle de glisse 11. Entre la structure monobloc 14 et la semelle 11, se trouve un compensateur linéaire 13 en matière souple. Tel qu'elle est représentée la structure monobloc 14 comporte des raidisseurs R par ailleurs facultatifs. Le ski (FiG.14) conçu à partir de la structure monobloc bi-convexe 14 selon l'invention est sensitif aux diverses sollicitations. En outre, il réagit avec polyvalence aux efforts conjugués de flexion et de torsion grace au compromis rigidité/souplesse de sa structure. De plus1 ce compromis est modulable par le jeu d'éventuels raidisseurs R. D'autre part la transmission mécanique des efforts en pivotement autour des carres 9 se fait directement puisque celles-ci forment avec la structure 14 un élément monobloc. Enfin, les fléchissements élastiques et les micro-déformations liés aux efforts de flexion dont les effets se répercutent entre la structure 14 et la semelle 11, sont absorbés par le compensateur linéaire 13, évitant ainsi une déstabilisation géométrique et structurelle de l'ensemble. Le profil bi-convexe selon l'invention, outre son adaptation en structure de ski de neige, peut - être utilisé dans la conception de matériels susceptibles d'évoluer en milieux atmosphérique, gazeux, liquide visqueux, poudreux ou pulvérulent. Les domaines d'application concernent les loisirs de neige, nautiques, et aériens. D'autres applications peuvent intéresser les indus tries aérienne et marine ainsi que les techniques concernant l'hydraulique et la pneumatique. Elle peut être également utilisée dans les cas où l'aérodynamisme de la pièce en mouvement est determi- nant. REVENDICATIONS 1 - Structure interne associée à un ski de neige caractérisé par son profil transversal bi-convexe 5 (FIG.7) d'égale résistance à la flexion 2 - Structure selon revendication 1 caractérisée par la présence d'une flèche f (FIG.7) de précontrainte conçue pour que le profil bi-convexe 5 soit auto-porteur sur ses extrémités(en A et B)et autocompensable aux fléchissements élastiques ainsi qu'aux microdéformations permanentes 8'. 3 - Structure selon revendication 2 caractérisée par sa version creuse 4 (FIG.10), fermée et modulable en rigidité par le jeu d'éventuels raidisseurs R 4 - Structure selon revendication 3 caractérisée par sa version monobloc 14 (FIG.12) solidaire des carres 9 par un système d'ancrage 10 dans son épaisseur e 5 - Structure selon revendication 4 caractérisée par son auto-rappel en cambrure à double effet . Un effet transversal lié à la flèche f (FIG.7) de précontrainte, complétant l'effet longitudinal lié au galbe du ski. 6 - Ski équipé de la structure selon revendication 5 caractérisé par sa section convexe S (FIG.8) à faible inertie en pivotement (prise de carre). 7 - Ski de section S (FIG.8) selon revendication 6 caractérisé par son faible poids de 20% inférieur à celui d'un ski conçu å partir d'une section rectangulaire (connue à ce jour) de même encombrement L x H et de même densité 8 - Ski de section S selon revendication 7 caractérisé en ce sens que sa stabilité est accrue par sa faible sensibilité aux déséquilibres latéraux F (FIG.9) et par l'abaissement maximum de son centre de gravité G' (FIG. 13) 9 - Ski de section S selon revendication 8 caractérisé par son aérodynamisme (FIG.13) qui facilite la pénétration latérale de la neige P.N (cas de ski en profonde) et l'écoulement longitudinal de l'air (cas de ski à grande vitesse) 10 - Ski de section S selon revendication 9 caractérisé en ce sens qu'il est auto-correcteur des microdéformations ' (FIG.7) grâce à l'action. du compensateur linéaire 13 (FIG.14)'. ll - Ski de section S selon revendication 10 pouvant comporter une variante caractérisée par le fait que la structure bi-convexe de profil type 5 (FIG. 11) peut être indépendante des carres 9