Brevet FR2660384A1 — publié le 19911004

POUTRE EQUIPEE D'UN DISPOSITIF D'AMORTISSEMENT PROGRESSIF DE VIBRATK)NS La présente invention concerne d'une manière générale une poutre équipée d'un dispositif d'amortissement de vibrations, et plus particulièrement un ski. Pour amortir les vibrations que subit une structure, il est connu d'utiliser des matériaux visco-élastiques associés à la structure, afin de réduire l'amplitude des vibrations par dégradation d'une partie de l'énergie de déformation sous forme de chaleur. Des amortisseurs visco-élastiques sont utilisés dans différents secteurs d'activité: aéronautique, automobile, construction navale, équipement sportif. Dans le cas des skis, les amortisseurs, sous forme de bandes planes, peuvent être soit inclus à l'intérieur de la structure comme décrit dans les documents FR 79 23298, FR 80 04128, FR 81 07519, US 3 844 576 et US 3 901 522, soit fixés sur la surface du ski, avec recouvrement par une plaque de contrainte à haut module d'élasticité, comme décrit dans les documents FR 84 20189 et US 3 537 717. Ces amortisseurs disposés longitudinalement présentent l'inconve- nient d'exercer leur action de manière uniforme le long du ski, alors que les contraintes de flexion et de torsion engendrant les vibrations que subit un ski ne s'exercent pas de manière uniforme en différents points de celuici. Ceci peut affecter les performances du ski et son confort d'utilisation. Il est important de noter qu'il convient de réaliser un amortissement sélectif de certains modes de vibrations spécifiques en fonction du type de performances recherchées pour le ski en veillant à conserver ses qualités de vivacité et d'accrochage. Pour remédier à ces inconvénients, il a été conçu un ski à amortissement réparti, décrit dans les brevets FR 87 03117, FR 87 07542, FR 87 07543 et FR 87 07544, qui comprend des volumes internes en matériau visco-élastique présentant une section transversale variable le long du corps du ski, de manière à lui conférer des propriétés d'amortissement mécanique variable en fonction de la position longitudinale considérée. Le dispositif d'amortissement de ce ski présente les inconvénients d'être complexe de réalisation puisque nécessitant une découpe spécifique de chaque bande ou des éléments de remplissage interne et relativement peu sélectif dans l'amortissement des vibrations engendrées par les efforts du ski en flexion, qui sont les plus fréquents et les plus importants. Sur une poutre sollicitée en flexion, la surface définie par ses fibres ne subissant ni extension, ni compression, est appelée surface neutre. C'est au niveau de cette surface neutre que les contraintes de cisaillement sont les plus importantes, alors que c'est sur les parois les plus éloignées de la surface neutre que les déformations seront maximum. L'efficacité d'un dispositif d'amortissement des vibrations d'une poutre est donc fonction de sa configuration et de son positionnement par rapport à la surface neutre de la poutre. Un enregistrement des déformées d'un ski met en évidence différentes courbes continues comportant une ou plusieurs valeurs d'amplitudes extrêmes (pics) en fonction du mode de vibration concerné, le premier mode de vibration étant prédominant dans un ski de slalom spécial alors que c'est le troisième mode qui prime dans un ski de slalom géant. Tous les dispositifs d'amortissement connus jusqu'à ce jour sont des systèmes "tout ou rien". La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en fournissant un ski ou plus généralement une poutre équipée d'un dispositif d'amortissement de vibrations qui permette un amortissement efficace et une possibilité de modulation progressive de la valeur de l'amortissement le long de la poutre, tout en restant simple de réalisation. A cette fin, cette poutre, du type équipée d'un dispositif d'amortissement de vibrations comprenant une bande allongée et plate de matériau visco-élastique insérée à l'intérieur de sa structure sur au moins une partie de sa longueur, est caractérisée en ce que la distance séparant la bande de la surface neutre de la poutre varie de façon continue et progressive en se rapprochant plus ou moins de l'une et l'autre des deux faces de la poutre situées de part et d'autre de la surface neutre. Selon la position du dispositif d'amortissement, il est possible de conférer au ski, en un point donné, une efficacité d'amortissement donnée, et, sur la longueur de la poutre, de moduler cette efficacité et sa progressivité. Conformément à une première forme de réalisation, la bande d'amortissement constituée en matériau visco-élastique homogène est noyée dans la structure de la poutre de telle façon que ses parois extérieures en contact avec les éléments élastiques constitutifs de la structure, travaillent au cisaillement. Cet élément amortisseur aura son efficacité maximale lorsqu'il sera confondu avec la surface neutre de la poutre, cette efficacité diminuant au fur et à mesure que l'élément amortisseur s'éloigne de cette surface neutre. Conformément à une seconde forme de réalisation, un système amortisseur complexe comprend une bande d'amortissement constituée en matériau visco-élastique auquel est associé un matériau de contrainte. Le matériau de contrainte est constitué par une plaque de contrainte à haut module d'élasticité recouvrant au moins une des faces de la bande en matériau visco-élastique, ou il est constitué par des éléments de contrainte en forme de câbles, fils... noyés dans le matériau visco-élastique. Cet élément amortisseur sera d'autant plus efficace qu'il sera plus éloigné de la surface neutre, c'est-à-dire qu'il sera situé à l'endroit où les déformations sont maximales. La bande d'amortissement peut posséder une épaisseur constante, ou voir son épaisseur varier sur sa longueur, et être éventuellement réalisée à partir de plusieurs matériaux visco-élastiques de natures différentes, juxtaposés ou superposés. En outre, la bande peut être conformée de manière à pouvoir être pliée le long d'au moins une ligne longitudinale et sur au moins une partie de sa longueur. Cette possibilité est très intéressante car, si dans le cas d'une poutre homogène dans sa structure, la surface neutre est plane et confondue avec le plan médian longitudinal de la poutre et que, dès lors, une bande de section transversale droite est adaptée à l'amortissement des vibrations de cette poutre, en revanche, dans le cas d'une poutre renforcée localement, la surface neutre peut prendre une forme plus complexe (non plane). De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs formes de réalisation de la poutre selon l'invention. Figure 1 est une vue schématique d'une poutre homogène représentant la surface neutre Figure 2 est une vue schématique en coupe d'une poutre armée localement, représentant la trace de la surface neutre Figure 3 représente une courbe des déformées d'un ski de slalom géant; Figure 4 représente le positionnement d'une bande de matériau visco-élastique homogène à l'intérieur de la structure d'un ski, permettant d'amortir les déformées représentées à la figure 3 Figure 5 représente le positionnement d'un système amortisseur complexe (visco-élastique + élément de contrainte) à l'intérieur de la structure d'un ski, permettant d'amortir les déformées représentées à la figure 3. La figure 1 représente la surface neutre 1 d'une poutre homogène 2. Dans ce cas, cette surface est plane et confondue avec le plan longitudinal médian de la poutre. La figure 2 représente une section d'une poutre 3 armée d'un renfort 4 en forme de pont, ce qui a pour résultat de déplacer et de déformer la surface neutre dont la trace 5 est représentée en traits mixtes. La figure 3 représente les déformées du troisième mode de vibration sur la longueur d'un ski représenté en pointillés. Sur cet exemple, sont identifiables plusieurs points caractéristiques, à savoir: des noeuds de vibration B-D-F et H ou points ne subissant pas de déformation pour une fréquence donnée et des ventres de vibration A-C-E-G-I ou points d'amplitudes maximum. Ce sont ces derniers points qu'il faudrait amortir si l'on souhaitait amortir totalement le ski. Dans cet exemple, la figure 4 représente la position de la bande 8 de matériau visco-élastique homogène à l'intérieur de la structure 6 du ski si l'on cherchait à neutraliser la totalité des vibrations. La surface neutre est représentée en 7 et l'on peut voir, selon l'invention, que la distance séparant la bande 8 de la surface neutre varie sur la longueur de la poutre. La bande 8 est constituée en matériau visco-élastique homogène dans sa structure et apte à résister aux contraintes de cisaillement que subit la poutre 6 et à les amortir. Les contraintes de cisaillement étant maximales au niveau de la surface neutre 7, l'amortissement maximal est obtenu lorsque la bande 8 est au niveau de la surface neutre 7 et décroît quand elle s'en éloigne; c'est pourquoi la bande est placée au niveau de la surface neutre à l'emplacement des ventres de vibration. La figure 5 représente la position d'un système amortisseur complexe 9 à l'intérieur de la structure 10 du même ski dont on cherche à neutraliser l'ensemble des vibrations. La bande 9 est constituée d'un matériau visco-élastique auquel est associé un matériau de contrainte tel que des éléments rigides de renfort noyés dans le matériau visco-élastique, par exemple des fils d'acier. Dans ce cas, l'effet d'amortissement maximal est obtenu lorsque la bande 9 est le plus éloigné de la surface neutre; c'est pourquoi le dispositif amortisseur est placé le plus loin possible de la surface neutre à l'emplacement des ventres de vibration En réalité, comme déjà indiqué, il n'est pas souhaitable d'éliminer toutes les vibrations générées sur le ski mais il faudra sélectionner les vibrations nuisibles à amortir et, soit conserver les autres en l'état, soit les moduler en utilisant le principe de l'invention. Les bandes peuvent traverser la surface neutre 7 (figure 4) ou ne s'étendre que d'un seul côté de celle-ci (figure 5). Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce dispositif d'amortissement décrites ci-dessus à titre d'exemples ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes, quel que soit le type du ski auquel le dispositif est adapté : ski de descente, ski de slalom spécial, ski de slalom géant, ski de randonnée, monoski, ou autres poutres à amortir. REVENDICATIONS 1 - Poutre équipée d'un dispositif d'amortissement de vibrations comprenant une bande allongée et plate de matériau visco-élastique insérée à l'intérieur de sa structure sur au moins une partie de sa longueur, caractérisée en ce que la distance séparant la bande (8,9) de la surface neutre (7) de la poutre (6,10), c'est-à-dire de sa surface définie par ses fibres ne subissant ni extension, ni compression lorsqu'elle est soumise a des contraintes de flexion, varie de façon continue et progressive en se rapprochant plus ou moins de l'une et l'autre des deux faces de la poutre situées de part et d'autre de la surface neutre. 2 - Poutre selon la revendication 1, caractérisée en ce que la bande (8) constituée en matériau visco-élastique homogène est noyée dans la structure de la poutre (6) de telle sorte que ses parois extérieures en contact avec les éléments élastiques constitutifs de la structure, travaillent au cisaillement. 3 - Poutre selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la bande (8) de matériau visco-élastique a une épaisseur constante. 4 - Poutre selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la bande (8) de matériau visco-élastique a une épaisseur variable. 5 - Poutre selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la bande (9) est constituée en matériau visco-élastique auquel est associé un matériau de contrainte. 6 - Poutre selon la revendication 5, caractérisée en ce que le matériau de contrainte est constitué par une plaque de contrainte à haut module d'élasticité recouvrant au moins une des faces de la bande en maté riau visco-élastique. 7 - Poutre selon la revendication 5, caractérisée en ce que ce matériau de contrainte est constitué par des éléments de renfort à haut module d'élasticité noyés dans le matériau visco-élastique. 8 - Poutre selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la bande (8,9) est constituée de plusieurs matériaux viscoélastiques de natures différentes, juxtaposés ou superposés.