Brevet FR2671512A1 — publié le 19920717

" Elément de construction cylindrique creux en matière plastique renforcée par des fibres, notamment pour des rotors en rotation " L'invention concerne un élément de construc- tion cylindrique creux en matière plastique renforcé par des fibres pour des rotors en rotation avec une grande vitesse circulaire, dans lequel les couches de fibres tour à tour sont enroulées les unes au- dessus des autres en enroulements circulaires et en10 enroulements spiralés décalés dans le sens de la longueur et dont les extrémités du côté frontal sont renforcées par des enroulements circulaires supplémentaires en un anneau d'appui. La fabrication et le montage constructif d'éléments de construction de ce type est décrit au brevet USA 4 359 356 Pour cela, on enroule respectivement plusieurs éléments de construction simultanément sur une machine à enrouler Après le processus d'enroulement, la bobine est subdivisée par20 des couches de séparation dans la zone de l'anneau de soutien en tranches, formant les éléments de construction qui peuvent être assemblés par des éléments de liaison du type tube ondulé en un rotor. La vitesse circulaire que l'on peut atteindre de ce rotor de ce type dépend entre autres, de la résistance à la traction des fibres mises en oeuvre On utilise en conséquence des fibres de carbone à haute résistance (Fibres de C) pour les enroulements du pourtour avec des tensions de rupture allant jusqu'à 7000 M Pa On a vu cependant que ces valeurs élevées de résistance des fibres ne peuvent pas être complètement utilisées, car avec des vitesses circulaires devenant plus élevées du rotor et des tensions de pourtour allant en montant au fur et à mesure sur les éléments de construction en rotation, le danger va en augmentant de ce qu'on appelle le "largage" des fibres Ce "largage" des fibres c'est-à-dire le détachement des couches de fibres, commence en règle générale pour la couche de fibres la plus externe sur l'extrémité frontale des éléments de construction. L'invention a pour but de façonner des éléments de construction suivant le préambule exposé plus haut, de sorte que le danger de largage des fibres est contrarié et ainsi lors de l'utilisation de fibres à haute résistance pour les enroulements circulaires, la vitesse circulaire de ces éléments de construction de résistance élevée de fibres peut être augmentée d'une manière correspondante. L'invention est caractérisé en ce qu'une couche mince externe de fibres des enroulements circulaires supplémentaires formant l'anneau d'appui est enroulée avec une fibre qui possède un module d'élasticité plus faible que les fibres de la couche de fibres interne sous-jacente à base d'enroulements circulaires. L'invention repose sur la connaissance que la tendance au largage des fibres doit être attribuée à la sensibilité importante des forces transversales et de poussée des matériaux de liaison à haute résistance de fibres qui retentissent en particulier dans les couches périphériques extérieures, sur les arêtes frontales ou d'intersection de l'élément de construction A cause de l'élévation de la vitesse circulaire, les tensions circulaires ne vont pas seulement en augmentant, mais aussi les tensions transversales et de poussée agissant sur le matériau de liaison des fibres Si on remplace en conséquence des fibres de carbone à haute résistance dans une couche externe mince par des fibres de carbone à résistance moyenne, qui ont une susceptibilité plus faible aux forces transversales et à la poussée, la résistance à la poussée et à la traction transversale de cette couche externe mise en danger est ainsi augmentée, sans qu'on doive renoncer aux fibres à résistance élevée dans les couches porteuses principales Etant donné que la dilatation circulaire des éléments de construction ne peut être augmentée que d'une manière insignifiante en même temps, le module d'élasticité plus faible des fibres de carbone a résistance moyenne a pour résultat une sollicitation plus faible de la couche externe L'épaisseur de la couche externe de fibres avec les fibres à base de module d'élasticité inférieur, s'élève à environ 10 à % de l'épaisseur de la couche de fibres de la couche de fibres interne sous-jacente de l'anneau de soutien. Ainsi, le module d'élasticité des fibres pour la couche de fibres externe est plus faible d'environ 25 % que le module d'élasticité des fibres pour la couche de fibres interne située en-dessous. Comme matériau de fibres, on utilise de préférence les fibres de carbone à résistance moyenne pour la couche externe et des fibres de carbone à résistance élevée pour la couche interne Les fibres sont imbibées avant l'enroulement d'une résine artificielle, qui est durcie complètement après le processus d'enroulement. Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'épaisseur de la couche de fibres externe avec des fibres ayant un module d'élasticité plus faible, s'élève à 10 à 20 % de l'épaisseur de la couche de fibres interne sous-jacente. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le module d'élasticité des fibres pour la couche de fibres externe est d'environ 25 % plus faible que le module d'élasticité des fibres pour la couche de fibres interne sous-jacente. Suivant une autre caractéristique de l'invention, la couche de fibres externe est formée d'enroulements de fibres de carbone de résistance moyenne et la couche de fibres interne qui se trouve en-dessous, de fibres de carbone de haute résistance. Un exemple d'exécution de l'invention est explicité dans ce qui suit sur la base des dessins. la figure la montre schématiquement une coupe à travers l'élément de construction cylindrique creux avec des anneaux de soutien frontaux. la figure lb montre avec un agrandissement plus important le fragment X à la figure la. la figure 2 montre un diagramme dans lequel l'élargissement radial E de l'élément de construction est apporté sur toutes les couches par l'intermédiaire du module d'élasticité moyen E. L'élément de construction cylindrique creux en matière plastique renforcé par des fibres a une longueur totale L de 500 mm pour un diamètre interne D de 150 mm L'enveloppe 1 a dans la zone non renforcée par des anneaux de soutien 2, une épaisseur s d'environ 0,7 mm. L'enveloppe 1 est composée de plusieurs couches de fibres pour lequel tour à tour des couches de fibre en enroulement circulaires la, lb et lc et les couches de fibres en enroulements spiralés ld, le sont enroulés les uns sur les autres Pour l'enroulement, on emploie des fibres de carbone à haute résistance, imprégnées de résine synthétique qui sont commercialisées sous la dénomination T 800 (OB = 5500 m Pas, Ep = 330 G Pa) L'épaisseur des couches de fibres individuelles la, lb, lc, ld et le s'élève à environ 140 x 10-6 m. L'anneau de soutien 2 consiste seulement en enroulements circulaires Il va en augmentant de l'enveloppe 1 en premier lieu conique et change ensuite en une partie cylindrique 2 a, qui a une longueur d'environ 30 mm L'extrémité frontale est formée d'une arête d'intersection 2 d qui s'étend perpendiculairement à la surface de l'enveloppe La couche interne 2 b de l'anneau de soutien 2 est constituée également de fibres de carbone à haute résistance T 800 ou X 1033 et a une épaisseur de 1818 x 10-6 m La couche de fibres 2 c externe, enroulée par dessus est constituée de fibres de carbone à résistance moyenne qui sont commercialisées sous la dénomination "T 300 " ( 6 B = 3500 M Pa, EF = 230 G Pa). Cette couche externe 2 c a une épaisseur de 356 x 10-6 m. Au diagramme à la figure 2, une courbe montre pour une tension circulaire constante a de l'élément de construction, la relation entre l'extension E et le module d'élasticité moyen E de toutes les couches de fibres dans la zone de l'anneau de soutien 2 Le point A montre l'extension lors de l'emploi de fibres T 300 à 100 % Le point B lors de l'emploi de fibres X 1033 à 100 %, le point C illustre l'extension e lorsqu'on met en oeuvre pour la couche externe mince 2 c des fibres T 300 et pour la couche interne plus épaisse 2 d des fibres X 1033, pour lesquelles la quantité de fibres T 300 s'élève à environ 16 % et la quantité de fibres X 1033 à environ 84 % Comme il en ressort, l'extension totale E au point C augmente par rapport au point B seulement d'une manière non importante Par contre, le module d'élasticité E dans la couche externe (Point A) est nettement plus faible Etant donné que la tension est a = E * E, ceci signifie qu'en raison du module d'élasticité inférieur des fibres T 300, la couche externe est plus faiblement contrainte, le module d'élasticité moyen (Point C) pour la couche totale ne S 'écarte cependant que peu du module E pour les fibres X 1033 (Point B); c'est-à-dire que la charge principale est supportée à l'avenir par les fibres X 1033 de la couche interne 2 b, la couche externe 2 c agit à cause de sa charge plus faible et de sa résistance à la traction transversale plus grande, avant tout dans la zone de l'arête d'intersection menacée 2 d comme une sorte de couche de protection. Liste des signes de référence mat 6 riau enroulement enroulement enroulement enroulement i circulaire circulaire circulaire spiralé ll : anneau de soutien : partie cylindrique : couche de fibres interne : couche de fibres externe : arête d'intersection : longueur : diamètre : Epaisseur de l'enveloppe 1: la: lb lc id le 2 a 2 b 2 c 2 d L D E REVENDICATIONS ) Elément de construction cylindrique creux en matière plastique renforcée par des fibres pour rotors tournant avec une grande vitesse circulaire, dans lequel les couches de fibres tour à tour sont enroulées les unes au-dessus des autres en enroulements circulaires et en enroulements spiralés décalés dans le sens de la longueur et dont les extrémités du côté frontal sont renforcées par des enroulements circulaires supplémentaires en un anneau d'appui, caractérisé en ce qu'une couche mince externe de fibres ( 2 c) des enroulements circulaires supplémentaires exécutés les uns au-dessus des autres formant l'anneau d'appui ( 2) est enroulée avec une fibre qui possède un module d'élasticité plus faible que les fibres de la couche de fibres ( 2 b) interne sous-jacente à base d'enroulements circulaires. ) Elément de construction cylindrique creux selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche de fibres ( 2 c) externe avec des fibres ayant un module d'élasticité plus faible, s'élève à 10 à 20 % de l'épaisseur de la couche de fibres ( 2 b) interne sous-jacente. ) Elément de construction cylindrique creux selon la revensdication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le module d'élasticité des fibres pour la couche de fibres externe ( 2 c) est d'environ 25 % plus faible que le module d'élasticité des fibres pour la couche de fibres interne ( 2 b) sous- jacente. 4) Elément de construction cylindrique creux, selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la couche de fibres ( 2 c) externe est formée d'enroulements de fibres de carbone de résistance moyenne et la couche de fibres ( 2 b) interne qui se trouve en-dessous, de fibres de carbone de haute résistance.