Brevet FR2694255A1 — publié le 19940204

Structure absorbeuse d'énergie, en particulier pour véhicules ferroviaires La présente invention concerne le domaine de la construction de véhicules, en particulier ferroviaires, et notamment les structures d'extrémité libres de tous véhicules, et a pour objet une structure absorbeuse d'énergie pour de tels véhicules. Les véhicules ferroviaires existant actuelle- ment sont généralement équipés à leurs parties d'extrémi- té d'une structure destinée à supporter les sollicita- tions que subit le véhicule en conditions normales de circulation et lors de faibles chocs. Cependant, en cas de chocs importants, notam- ment à vitesse relativement élevée, les véhicules exis- tants ne présentent pas de disposition de protection des passagers par déformation préférentielle d'une partie de leur structure, de sorte que lesdits passagers sont expo- sés à un risque important de dommages corporels en cas de tels chocs. La présente invention a pour but de pallier ces inconvénients. Elle a, en effet, pour objet une structure ab- sorbeuse d'énergie pour véhicules, en particulier ferro- viaires, caractérisée en ce qu'elle consiste en une zone déformable par flambage plastique dynamique de ses élé- ments de structure, ladite zone étant prévue à au moins une ou aux deux extrémités du véhicule et formant avanta- geusement un compartiment à bagages, une plate-forme d'accès, ou analogue, avec possibilité d'accès bilatéral, entre un cadre mobile d'extrémité et un cadre fixe délimitant l'extrémité de l'espace voyageur. L'invention sera mieux comprise, grâce à la description ci-après, qui se rapporte à un mode de réali- sation préféré, donné à titre d'exemple non limitatif, et expliqué avec référence au dessin schématique annexé, dans lequel: la figure 1 est une vue partielle en perspecti- ve d'une structure conforme à l'invention; la figure 2 est une vue en perspective d'un élément absorbeur d'énergie, et la figure 3 représente, dans une vue analogue à celle de la figure 2, l'élément absorbeur après écrase- ment. La structure absorbeuse d'énergie pour véhicu- les, en particulier ferroviaires, représentée à titre d'exemple à la figure 1 des dessins annexés, consiste en une zone 1 déformable par flambage plastique dynamique de ses éléments de structure 2, ladite zone 1 étant prévue à au moins une ou aux deux extrémités du véhicule 3 et for- mant avantageusement un compartiment à bagages, une plate-forme d'accès, ou analogue, avec possibilité d'accès bilatéral, entre un cadre mobile d'extrémité 4 et un cadre fixe 5 délimitant l'extrémité de l'espace voya- geur. Le cadre mobile d'extrémité 4 est constitué par des montants anti-collision 6, par une traverse supérieu- re 7 et par une traverse de tête 8, sur laquelle sont fi- xés l'attelage 9, ainsi que les tampons 10 et avantageu- sement un dispositif d'antichevauchement garantissant une bonne répartition des efforts. L'attelage 9 et les tampons 10 sont de type connu et ne sont représentés sur le dessin annexé que par leur trait d'axe. Les dispositifs d'antichevauchement ne sont non plus représentés au dessin annexé et peuvent être notam- ment du type décrit dans la demande de brevet français n' 91 11407. Le cadre fixe 5 se présente avantageusement sous forme d'un arceau rigide 11, en appui sur la section complète du véhicule 3 et relié à une traverse inférieure 12 Cette dernière peut, notamment, former une traverse pivot d'un véhicule ferroviaire. Conformément à une caractéristique de l'inven- tion, les éléments de structure 2 sont déformables sui- vant une direction prédéterminée et sont constitués par des profilés formant, respectivement, des longerons cen- traux 13 et des brancards 14 reliant la traverse de tête 8 du cadre mobile 4 à la traverse inférieure 12 du cadre fixe 5 et des battants 15 reliant la traverse supérieure 7 du cadre mobile 4 à l'arceau 11 du cadre fixe 5. La zone déformable 1 est avantageusement desti- née à réaliser une absorption d'énergie par flambage plastique des éléments de structure 2 sans avoir recours à des absorbeurs d'énergie rapportés à la structure du véhicule. Les profilés constituant les éléments 2 formant les longerons centraux 13, les brancards 14 et les bat- tants 15, sont des profilés I double âme et peuvent être réalisés par extrusion et usinage ou par mécanosoudure, les découpes 16 étant avantageusement réalisées par usi- nage. A cet effet, les profilés I double âme consti- tuant les éléments 2 sont conformés pour se déformer par flambage plastique orienté se réalisant par déformations successives dans l'axe longitudinal desdits profilés. En vue de l'obtention d'un tel flambage, les profilés formant les longerons centraux 13, les brancards 14 et les battants 15, sont avantageusement réalisés en un matériau ductile permettant un allongement important et sont munis, dans le plan de leur déformation préféren- tielle, de découpes 16 Ces découpes 16 se présentent, de préférence, sous forme de trous oblongs Ainsi, la prévi- sion des trous 16 permet de réaliser un affaiblissement des profilés sous une charge de compression et l'existen- ce d'arcs de cercle aux extrémités desdites découpes 16 permet de diriger le flambage plastique desdits profilés perpendiculairement à l'axe longitudinal desdites décou- pes 16 Il en résulte que dans le mode de réalisation re- présenté au dessin annexé les parois verticales des pro- filés 13 à 15 ont tendance à se déformer au droit des dé- coupes 16 suivant une série de plis symétriques corres- pondant chacun à une découpe Cette série de plis permet, en fait, de réaliser une déformation et un flambage plas- tiques par étages, c'est-à-dire progressifs (figure 3). Ces profilés peuvent présenter, le cas échéant, un flambage plastique dirigé préalable des parois corres- pondant aux bords longitudinaux des découpes 16 par cin- trage Dans un tel cas, ces profilés 13 à 15 formant les éléments 2 ne remplissent plus la fonction élastique de la structure et sont uniquement destinés à former un élé- ment absorbeur d'énergie et le pic en effort du démarrage du flambage est supprimé. Conformément à une variante de réalisation de l'invention, les éléments 2 peuvent être constitués par une juxtaposition et/ou une superposition de plusieurs profilés simples, dont les parties munies de découpes 16 s'étendent parallèlement et/ou perpendiculairement entre elles, dans le même plan ou dans des plans parallèles et/ou perpendiculaires Ainsi, il est possible de réali- ser un élément de structure complexe capable d'absorber une très importante énergie de déformation. Afin d'éviter un flambage généralisé de chaque élément, les battants 15 sont assemblés entre eux par des profilés de liaison rigidificateurs 17 et les longerons centraux 13 et les brancards 14 sont également assemblés entre eux par d'autres profilés de liaison rigidifica- teurs 18, ces profilés 17 et 18 étant avantageusement re- liés aux profilés 13 à 15 en des emplacements correspon- dant à un intervalle compris entre deux découpes 16 et à une fréquence d'une ou de plusieurs découpes. Ces découpes 16 sont définies afin de garantir un ordre de flambage plastique préférentiel des diffé- rents étages, cet ordre étant le même pour tous les élé- ments 2 reliés entre eux. Il est également possible d'augmenter la rigi- dité transversale en tournant avantageusement les bran- cards 14 de 90 autour de leur axe longitudinal, de telle manière que leurs plans de déformation soient perpendicu- laires à celui des longerons centraux 13. Les longerons centraux 13 et les brancards 14 sont avantageusement encastrés et en appui dans la tra- verse de tête 8 du cadre mobile 4 et dans la traverse in- férieure 12 du cadre fixe 5 et les battants 15 sont en- castrés et en appui dans la traverse supérieure 7 du ca- dre mobile 4 et dans l'arceau 11 du cadre fixe 5, leur fixation étant assurée par soudure, par rivetage, par boulonnage ou autre. Grâce à l'invention, il est possible de réali- ser une absorption d'énergie, sur une longueur importan- te, à une extrémité d'un véhicule percutant un autre vé- hicule ou un obstacle, ladite absorption d'énergie étant réalisée par flambage plastique progressif desdits pro- filés sous forme d'une réduction en longueur et avec une limitation de la déformation transversale Un tel flamba- ge est notamment rendu possible par l'intermédiaire d'un cadre mobile rigide répartissant le choc sur l'ensemble des profilés Cette répartition peut d'ailleurs être amé- liorée par mise en oeuvre conjointe de dispositifs d'antichevauchement. En outre, le comportement élastique de la structure garantit la tenue aux sollicitations que subit le véhicule en conditions normales de circulation, ainsi que lors de faibles chocs. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté au dessin anne- xé Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des divers éléments ou par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1 Structure absorbeuse d'énergie, en particu- lier pour véhicules ferroviaires, caractérisée en ce qu'elle consiste en une zone ( 1) déformable par flambage plastique dynamique de ses éléments de structure ( 2), la- dite zone ( 1) étant prévue à au moins une ou aux deux ex- trémités du véhicule ( 3) et formant avantageusement un compartiment à bagages, une plate-forme d'accès, ou ana- logue, avec possibilité d'accès bilatéral, entre un cadre mobile d'extrémité ( 4) et un cadre fixe ( 5) délimitant l'extrémité de l'espace voyageur. 2 Structure, suivant la revendication 1, ca- ractérisée en ce que le cadre mobile d'extrémité ( 4) est constitué par des montants anti-collision ( 6), par une traverse supérieure ( 7) et par une traverse de tête ( 8), sur laquelle sont fixés l'attelage ( 9), ainsi que les tampons ( 10) et avantageusement un dispositif d'antiche- vauchement garantissant une bonne répartition des ef- forts. 3 Structure, suivant la revendication 1, ca- ractérisée en ce que le cadre fixe ( 5) se présente avan- tageusement sous forme d'un arceau rigide ( 11) en appui sur la section complète du véhicule ( 3) et relié à une traverse inférieure ( 12). 4 Structure, suivant la revendication 3, ca- ractérisée en ce que la traverse inférieure est la tra- verse pivot d'un véhicule ferroviaire. Structure, suivant l'une quelconque des re- vendications 1 à 3, caractérisée en ce que les éléments de structure ( 2) sont déformables suivant une direction prédéterminée et sont constitués par des profilés I dou- ble âme formant, respectivement, des longerons centraux ( 13) et des brancards ( 14) reliant la traverse de tête ( 8) du cadre mobile ( 4) à la traverse inférieure ( 12) du cadre fixe ( 5) et des battants ( 15) reliant la traverse supérieure ( 7) du cadre mobile ( 4) à l'arceau ( 11) du ca- dre fixe ( 5). 6 Structure, suivant la revendication 5, ca- ractérisée en ce que les profilés constituant les élé- ments ( 2) sont conformés pour se déformer par flambage plastique orienté se réalisant par déformations succes- sives dans l'axe longitudinal desdits profilés. 7 Structure, suivant l'une quelconque des re- vendications 5 et 6, caractérisée en ce que les profilés formant les longerons centraux ( 13), les brancards ( 14) et les battants ( 15) sont avantageusement réalisés en un matériau ductile permettant un allongement important et sont munis, dans le plan de leur déformation préféren- tielle, de découpes ( 16). 8 Structure, suivant la revendication 7, ca- ractérisée en ce que les découpes ( 16) se présentent, de préférence, sous forme de trous oblongs. 9 Structure, suivant l'une quelconque des re- vendications 1 et 5 à 8, caractérisée en ce que les pro- filés constituant les éléments ( 2) formant les longerons centraux ( 13), les brancards ( 14) et les battants ( 15) sont réalisés par extrusion et usinage ou par mécano- soudure, les découpes ( 16) étant avantageusement réali- sées par usinage. Structure, suivant l'une quelconque des re- vendications 1 et 5 à 9, caractérisée en ce que les pro- filés formant les éléments ( 2) présentent un flambage plastique dirigé préalable des parois correspondant aux bords longitudinaux des découpes ( 16) par cintrage. 11 Structure, suivant l'une quelconque des re- vendications 1 et 5 à 10, caractérisée en ce que les élé- ments ( 2) sont constitués par une juxtaposition et/ou une superposition de plusieurs profilés simples, dont les parties munies de découpes ( 16) s'étendent parallèlement et/ou perpendiculairement entre elles, dans le même plan ou dans des plans parallèles et/ou perpendiculaires. 12 Structure, suivant l'une quelconque des re- vendications 5, 7 et 9, caractérisée en ce que les bat- tants ( 15) sont assemblés entre eux par des profilés de liaison rigidificateurs ( 17) et les longerons centraux ( 13) et les brancards ( 14) sont également assemblés entre eux par d'autres profilés de liaison rigidificateurs ( 18), ces profilés ( 17 et 18) étant avantageusement re- liés aux profilés ( 13 à 15) en des emplacements corres- pondant à un intervalle compris entre deux découpes ( 16) et à une fréquence d'une ou de plusieurs découpes. 13 Structure, suivant la revendication 12, ca- ractérisée en ce que les découpes ( 16) sont définies afin de garantir un ordre de flambage plastique préférentiel des différents étages, cet ordre étant le même pour tous les éléments ( 2) reliés entre eux. 14 Structure, suivant l'une quelconque des re- vendications 5, 7, 9 et 12, caractérisée en ce que les brancards ( 14) sont tournés de 900 autour de leur axe longitudinal, de telle manière que leurs plans de défor- mation soient perpendiculaires à celui des longerons cen- traux ( 13).25 15 Structure, suivant l'une quelconque des re- vendications 5, 7, 9, 12 et 14, caractérisée en ce que les longerons centraux ( 13) et les brancards ( 14) sont avantageusement encastrés et en appui dans la traverse de tête ( 8) du cadre mobile ( 4) et dans la traverse infé- rieure ( 12) du cadre fixe ( 5) et les battants ( 15) sont encastrés et en appui dans la traverse supérieure ( 7) du cadre mobile ( 4) et dans l'arceau ( 11) du cadre fixe ( 5), leur fixation étant assurée par soudure, par rivetage, par boulonnage ou autre.