Brevet FR2566860A1 — publié le 19860103

La présente invention se rapporte.à une défense déformable utilisée comme dispositif d'amortissement de choc pour un bateau venant le long d'un quai. On connaît différents types de défenses. Parmi ces types, la défense dite à flambage comprend un corps cylindrique creux moulé en matière élastique analogue à du caoutchouc et elle est construite de sorte qu'une ex- trémité du corps cylindrique creux,dans sa direction axia- le est fixée au quai et qu'un panneau de réception de choc peut être monté à son autre extrémité, libre. Dans ce type de défense, dans le cas d'impact créé sur la défense par un bateau venant le long du quai, le corps cylindrique creux subit un flambage et se déforme dans la direction axiale, tout en engendrant une force de réaction qui agit pour amor- tir l'impact. Dans de telles défenses déformables ou à flambage, on utilise une grande quantité de matière élastique caout- chouteuse pour constituer le corps cylindrique creux. Par conséquent, si on réduit la quantité de cette matière élas- tique requise pour former le corps de la défense, cela per- met une diminution sensible du coût de production de la dé- fense et une diminution de poids qui peut faciliter son ins- tallation. Toutefois, la diminution d'épaisseur du corps cylindrique creux, pour arriver à diminuer le poidsg a pour inconvénient que l'efficacité d'absorption d'énergie diminue en correspondance, ce qui réduit les qualités d'amortisse- ment de la défense ou même la rend impropre à sa fonction. La présente invention a pour objet une défense dé- formable qui est légère et possède cependant une grande ef- ficacité d'absorption d'énergie' L'invention a également pour objet une défense déformable ayant la même efficacité d'absorption d'énergie que la défense déformable cylindrique creuse à paroi épais- se,mais qui est plus mince que cette défense usuelleo Les buts ci-dessus sont atteints en ce que la défense déformable suivant l'invention comprend un corps cylindrique creux composé d'au moins deux matières élas- tiques analogues à du caoutchouc et de module d'élasti- cité différent, qui sont combinées de sorte que le modu- le d'élasticité apparent à la partie centrale du corps cylindrique creux dans sa direction axiale est inférieur au module aux deux parties d'extrémité. Dans la structure combinée de ces au moins deux matières élastiques sembla- bles à du caoutchouc dont les modules d'élasticité sont différents, les matières sont feuilletées en au moins deux couches, à la partie centrale du corps cylindrique creux dans sa direction axiale. D'autres objets et avantages de l'invention ap- paraitront aux hommes de l'art à la lecture de la descrip- tion de son mode de réalisation, non limitatif, avec ré- férence aux dessins annexés dans lesquels: Fig. 1(A) est une coupe axiale d'une défense déformable suivant un mode de réalisation de l'invention; Fig. 1(B) est un graphique illustrant la variation du module d'élasticité apparent, dans la direction axiale de la défense, le graphique étant établi en correspondance dimensionnelle avec la défense représentée sur la figure 1(A); Fig. 2 est une coupe axiale d'une défense déforma- ble suivant l'art antérieur; et Fig. 3 est un graphique illustrant la relation entre la contrainte engendrée lorsque la défense est com- primée dans sa direction axiale et la force de réaction. On se reporte à la figure 1(A) qui est une coupe longitudinale dans la direction axiale d'une défense con- forme à l'invention, comprenant un corps cylindrique creux 1 d'épaisseur T1 sensiblement constante sur toute sa lon- gueur dans la direction axiale, la défense étant moulée so- lidairement en deux matières élastiques la, lb analogues a du caoutchouc et qui diffèrent l'une de l'autre en module d'élasticité. Le module d'élasticité Na de l'une des matières élastiques la est plus grand que le module d'élasticité Nb de l'autre matière élastique lb. Les deux parties d'ex- trémité du corps cylindrique 1 sont constituées entière- ment par la matière élastique la ayant le plus grand module d'élasticité Na, mais dans la partie centrale du corps cy- lindrique l'épaisseur de la couche de la matière la est ré- duite et la matière élastique lb de plus petit module d'é- lasticité Nb est laminée sur la face intérieure et la face extérieure de la couche de matière la, de façon à compenser l'épaisseur réduite de la matière la. Un renfort métallique annulaire 2 est noyé dans chacune des deux parties d'extré- mité,qui sont constituées entièrement par la matière élas- tique la. On voit également que des gorges 3,3 sont formées circonférentiellement dans la surface périphérique extérieu- re du corps cylindrique 1, près des deux parties d'extrémi- té et aux limites des deux matières élastiques la et lb. A une extrémité du corps cylindrique 1,fdu côté inférieur sur la figure 1(A) J, une plaque de base (non re- présentée)est fixée par l'intermédiaire du renfort métal- lique 2, la plaque de base étant prévue pour être reliée au quai. A l'autre extrémité du corps cylindrique 1, c'est- à-dire du côté supérieur sur la figure 1(A), il est prévu une plaque de réception d'impact, non représentée, fixée par l'intermédiaire du renfort métallique 2. Lorsqu'un impact est communiqué par un bateau,dans le sens d'une flè- che P, le corps cylindrique 1 flambe de façon à exercer une action d'amortissement. Dans la défense, le flambage se pro- duit sensiblement symétriquement le long de l'axe, les gor- ges 3,3 servant de point de pivotement. Dans le corps cylindrique 1 composé d'une combi- naison de la matière élastique caoutchouteuse la à module d'élasticité Na et de la matière élastique caoutchouteuse lb à plus petit module d'élasticité Nb, le module d'élasti- cité apparent varie par incréments dans la direction axia- le, comme représenté sur la figure 1(B). Plus précisément, le module d'élasticité apparent est plus grand, commeindi- qué par M1, dans les régions qui vont des deux extrémités du corps cylindrique 1 aux points a, a', o toute l'épais- seur du corps cylindrique est constituée par la matière élastique la seule. Le module d'élasticité apparent est plus petit dans les régions b- c et b'- c' o il existe des couches des deux matières élastiques la et lb, et il est minimal, comme indiqué par M2, dans la région centrale c-c'. En ce qui concerne la relation entre les modules d'élasticité apparents dans la présente invention, on les choisit de préférence de sorte que le rapport M2/M1 soit de 0,40 à 0,95 et de préférence de 0,60 à 0,95, compte tenu de la concentration de contrainte à l'interface des deux ma- tières élastiques la, lb. La variation du module d'élastici- té apparent n'est pas uniforme dans les régions a-c et a'-c', comme représenté sur la figure 1(A), mais une telle non uni- formité dans une plage limitée est acceptable à condition que la relation de M2/M1 indiquée plus haut soit remplie. Il est très souhaitable que les deux matières élas- tiques la, lb,analogues à du caoutchouc, soient combinées de manière à constituer une structure à trois couches com- portant deux interfaces,dans la partie centrale du corps cylindrique 1 dans sa direction axiale, mais elles peuvent être disposées de manière à former une structure en deux couches comportant une interface, si la relation préférée ci-dessus de M2/M1 est maintenue. On peut également prévoir quatre couches ou davantage, comportant trois interfaces ou davantage. En outre, on peut combiner trois types ou davan- tage de matière élastique caoutchouteuse, tout en conservant la relation préférée de M2/M1. Le maintien de la relation M2/M1 = 0,40 à 0,95 per- met d'obtenir la même valeur d'efficacité d'absorption d'4- nergie qu'avec la défense déformable usuelle à paroi épaisse, même si l'épaisseur de paroi T1 du corps cylindrique 1 est réduite, de l'ordre de 75/100 à 98/100 de l'épaisseur de paroi T2 de la défense usuelle. Si le rapport M2/M1 est inférieur à 0,40, il ne se produit pas de diminution de la force de réaction lors- qu'elle a atteint la valeur maximale lors de la compres- sion de la défense, et il devient difficile d'obtenir l'ef- ficacité désirée d'absorption d'énergie. Si le rapport M2/M1 est supérieur à 0,95, le module d'élasticité apparent dans la région c-c' se rapproche de celui de la défense sui- vant l'art antérieur, ce qui rend difficile la réduction d'épaisseur et'de poids dans la présente invention. Afin de remplir les conditions requises pour le rapport M2/M1, il est préférable de construire le corps cylindrique 1 de sorte que le rapport de la longueur t en- tre les points a et a' (à partir desquels le module d'élas- ticité apparent maximal M1 commence à diminuer vers l'in- térieur) à la longueur axiale L du corps cylindrique 1 (rapport L/L) soit de 0,15 à 0,90. Si le rapport t/L est inférieur à 0,15, les sections o le module d'élasticité apparent change sont trop rapprochées pour obtenir l'effi- cacité d'absorption d'énergie désirée dans l'ensemble de la structure, bien que l'efficacité d'absorption d'énergie requise puisse être obtenue partiellement. Par contre, si le rapport /L dépasse 0,90, un changement du module d'élasticité apparent se produit près de l'interface du renfort 2 et de la partie élastique la, ce qui engendre une séparation interfaciale due à la concentration de contrainte. Les gorges 3,3 prévues circonférentiellement dans les deux parties d'extrémité du corps cylindrique 1 servent de ligne de pivotement pour une déformation par flambage axialement symétrique du corps cylindrique 1, lorsqu'une force de compression est exercée sur le corps cylindrique 1 dans sa direction axiale. Afin de faciliter cette défor- mation par flambage axialement symétrique, les deux gorges 3,3 sont de préférence situées de sorte que la distance K entre elles est de 60/100 à 85/100, et de préférence /100 à 77/100, de la longueur axiale L du corps cylin- drique 1. Si la distance K est inférieure à 60/100 de L, un flambage axialement symétrique risque de ne pas se pro- duire. Cela est dû à l'espacement trop faible. Au contrai- re, une déformation asymétrique tend à se produi.re. Une telle déformation asymétrique peut provoquer un contact prématuré de la surface périphérique intérieure du corps cylindrique 1, ce qui diminue l'efficacité d'absorption d'énergie ou crée une réaction brusque. Inversement, si la distance K est supérieure à 85/100 de L, la surface pé- riphérique extérieure du corps cylindrique 1 tend à venir en contact trop tôt avec le panneau de réception d'impact ou avec le quai et il se produit une réaction brusque lorsque le corps cylindrique 1 a reçu une force de com- pression. Comme matières élastiques caoutchouteuses la, lb,constitmant le corps cylindrique 1, on peut utiliser di- vers types de caoutchouc, par exemple caoutchouc naturel, SBR, NBR, CR, BR, IR, IIR, EPR, etc. Ces caoutchoucs peuvent être choisis et combinés de façon appropriée pour satisfaire à la relation Na > Nb concernant le module d'élasticité. Puisqu'on peut faire varier le module d'élasticité d'un caoutchouc selon le degré de vulcanisation, les deux ma- tières élastiques la, lb peuvent être composées d'un même caoutchouc de base dont on a modifié le module d'élasticité pour chaque partie. La figure 2 représente le corps cylindrique 21 d'une défense déformable suivant l'art antérieur, pour comparaison avec la défense conforme à l'invention. Le corps cylindrique 21 est constitué d'une seule matière élastique caoutchouteuse 21a, moulée de sorte que l'épaisseur T2 du corps 21 soit sensiblement constante sur toute sa longueur axiale, des renforts métalliques annulai- 2-566860 laires 22, 22 étant noyés dans les deux parties d'extré- mité. L'épaiseur T2 du corps cylindrique 21 est supérieure à l'épaisseur 31 de la défense suivant l'invention, la différence étant telle que T2 = (100 à 100) x Tl. -75 598 La figure 3 représente les courbes caractéris- tiques du rapport de force de réaction, illustrant la re- lation entre la contrainte produite lorsqu'une force de compression agit sur la défense dans sa direction axiale et le rapport de force de réaction. Le "rapport de force de réaction" est la valeur obtenue par division de la réac- tion maximale par la réaction engendrée à chaque contrainte. La "force de réaction maximale" est la force de réaction au point d'inflexion auquel la réaction, qui a augmenté ré- gulièrement depuis l'origine avec l'augmentation de con- trainte, devient décroissante pour une nouvelle augmentation de contrainte. Autrement dit, elle désigne le premier pic de la force de réaction. Sur le graphique de la figure 3, la courbe k est la courbe caractéristique du rapport de réaction de la dé- fense déformable usuelle comportant un corps cylindrique 21 d'épaisseur T2 comme représenté sur la figure 2, la courbe ( est la courbe caractéristique du rapport de réaction de la défense déformable usuelle dont l'épaisseur du corps cylindrique 21 a été réduite à la même valeur T1 que celle de la défense suivant la présente invention, et la courbe Y est la courbe caractéristique du rapport de réaction de la défense déformable conforme à l'invention ayant un corps cylindrique 1 d'épaisseur T1, comme repré- senté sur la figure 1(A). La courbe P montre que, du fait de la réduc- tion d'épaisseur de T2 à T1 dans une structure usuelle, l'efficacité d'absorption d'énergie est améliorée dans la phase initiale, c'est-à-dire dans la période avant que la force de réaction atteigne son premier pic (réaction maxi- maie) mais, lorsque la réaction a dépassé ce premier pic, l'efficacité d'absorption d'énergie diminue brusquement, 2566860U par rapport à la courbe d. Une défense possédant de tel- les caractéristiques d'amortissement ne peut pas résister aux impacts reçus en utilisation pratique. Au contraire, dans la défense conforme à l'inven- tion, comme indiqué par la courbe y, l'efficacité d'ab- sorption d'énergie initiale, c'est-à-dire dans la période jusqu'à ce que la réaction maximale soit atteinte, reste supérieure à la courbe ( et, lorsque cette force de réac- tion maximale a été dépassée, l'efficacité d'absorption suit sensiblement la même tendance que la courbe a. D'au- tre part, à la fin de la compression, la contrainte a une valeur B sur la courbe Y et une valeur A sur la courbe k, ce qui signifie que, dans la défense conforme à l'inven- tion, on peut augmenter l'efficacité d'absorption d'énergie d'une valeur correspondant à la différence (B-A) dans la valeur de contrainte, par rapport à la défense usuelle. Ain- si, avec la défense déformable conforme à l'invention, qui est plus mince et plus légère que la défense usuelle, on peut obtenir une efficacité d'absorption d'énergie compa- rable à celle de la défense usuelle à paroi épaisse, de sorte qu'on obtient d'excellentes caractéristiques d'amor- tissement. Il est entendu que des modifications de détail peuvent être apportées dans la forme et la construction du dispositif suivant l'invention, sans sortir du cadre de cel- le-ci. Revendications 1. Défense déformable, caractérisée en ce qu'elle com- prend un corps cylindrique (1) moulé en au moins deux ma- tières élastiques (la,lb) semblables à du caoutchouc dont les mobiles d'élasticité (Na,Nb) sont différents, ces au moins deux matières élastiques étant combinées de sorte que le module d'élasticité apparent (M2) à la partie cen- trale (c-c') du corps cylindrique dans sa direction axiale est inférieur au module apparent (M1) aux deux parties d'extrémité (a,a'). 2. Défense suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les au moins deux matières élastiques sont stra- tifiées dans le sens de l'épaisseur, à l'endroit de la partie centrale du corps cylindrique dans sa direction axiale. 3. Défense suivant la revendication 1, caractérisée en ce que, dans la partie centrale du corps cylindrique dans sa direction axiale, une matière élastique (la) à haut module d'élasticité est disposée centralement et une autre matière élastique (lb) à module d'élasticité plus fai- ble est stratifiée sur la face extérieure et la face inté- rieure de la première matière. 4. Défense suivant ls revendications 1 à 3, caractérisée en ce que des gorges (3,3) sont ménagées dans la surface périphérique extérieure des deux parties d'extrémité du corps cylindrique dans sa direction axiale, aux endroits o le module d'élasticité apparent élevé, dans les dites parties d'extrémité, se transforme en module d'élasticité apparent inférieur vers la partie centrale du corps cylin- drique. 5. Défense suivant lesrevendications 1 à 4/caractérisée en ce que le rapport du module d'élasticité apparent (M2;, dans la partie centrale du corps cylindrique dans sa direc- tion axiale, au module d'élasticité apparent (M1) dans les deux parties d'extrémité est de 0,40 à 0,95. 6. Défense suivant la revendication 5, caractérisée en ce que le rapport M2/M1 est de 0,60 à 0,95. 7. Défense suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le rapport de la distance (),entre les points auxquels le module d'élasticité apparent élevé aux deux extrémités du corps cylindrique dans sa direction axiale change pour devenir inférieur vers la partie cen- trale du corps cylindrique, à la longueur axiale (L) du corps cylindrique est de 0,15 à 0,90. 8. Défense suivant la revendication 6, caractérisée en ce que le rapport t /L est de 0,15 à 0,90. 9. Défense suivant l'une des revendications 4 à 8, caractérisée en ce que la distance (K) entre les deux gor- ges (3,3) est de 60/100 à 85/100 de la longueur axiale (L) du corps cylindrique. 10. Défense suivant la revendication 9, caractérisée en ce que la distance (K) entre les deux gorges est de /100 à 77/100 de la longueur axiale (L) du corps cylindri- que.