Brevet FR2699630A1 — publié le 19940624

DISPOSITIF PROPRE A ABSORBER LES CHOCS ET LES VIBRATIONS La présente invention concerne un dispositif propre à absorber les chocs et les vibrations du type ayant une structure élastique constituée d'un ou plusieurs tronçons de câble métallique enroulés en hélice dont chaque spire est emprisonnée en des zones diamétralement opposées dans des barrettes, ces barrettes permettant d'interposer la structure entre deux organes, cette structure étant enrobée dans une masse de matériau élastomère traversée par au moins un trou dans le sens longitudinal par rapport à l'hélice. Elle trouve une application particulièrement importante bien que non exclusive, dans le domaine de la protection des équipements sensibles embarqués par exemple en avion, en hélicoptère, dans les engins spatiaux, dans les véhicules, les navires de surface, les sous-marins ou dans toutes sortes de conteneurs de transport propres à contenir des équipements sensibles de poids important tels que moteurs, radars, missiles, satellites, etc. On connaît déjà (FR 2.603.959) un dispositif amortisseur du type ci-dessus mentionné qui utilise un matériau en élastomère à taux d'amortissement interne élevé, comme l'élastomère siliconé vendu sous la marque "RHODORSIL", pour améliorer la tenue aux vibrations. Rappelons que le taux d'amortissement d'un matériau de type visqueux ou équivalent (comme un caoutchouc) peut essentiellement être donné de deux façons - soit par le pourcentage d'amortissement critique e - soit par l'angle de perte S ou sa tangente (té). La relation entre les deux est : tgs = 2e Le "RHODORSIL" présente par exemple. un angle de perte tel que tgs soit égal à de l'ordre de 0,4. Le dispositif amortisseur ci-dessus comporte des inconvénients. En effet, d'une part il présente une raideur insuffisante en cas de certaines applications, par exemple lorsqu'il s'agit de protéger des équipements lourds contre des chocs très violents, et d'autre part il n'a pas la même capacité d'absorber les chocs en traction et en compression. Rappelons que lorsque les chocs sont spécifiés par des profils de vitesse, par exemple triangulaires, un équipement monté sur un dispositif de suspension élastique souple est considéré comme se déplaçant instantanément d'une amplitude dmax égale à l'intégrale du profil de vitesse entre 0 et t durée du choc. Par dispositif de suspension élastique souple, il faut entendre un dispositif susceptible d'être soumis à des chocs tels que la durée t des chocs soit très inférieure à la période T de la suspension. (en général t 100 ms). Un dispositif de suspension du type ci-dessus beaucoup plus raide en traction qu'en compression emmagasinera donc beaucoup plus d'énergie en traction qu'en compression, lors d'une sollicitation (choc) à déplacement imposé. Lors d'un choc dans le sens de la traction, l'énergie restituée par la suspension, qui est inférieure à l'énergie emmagasinée puisqu'une partie de celle-ci est dissipée grâce à l'amortissement, est donc supérieure à l'énergie emmagasinable en compression, ce qui entraîne un débattement de la suspension en compression supérieur à deux, voire très supérieur à dmax si les écarts de raideurs sont importants. Or ce débattement doit être acceptable pour le dispositif de suspension, sans effet de butée si l'on veut protéger efficacement l'équipement. Un amortisseur du type ci-dessus mentionné devra donc être surdimensionné en compression, c'est-à-dire dimensionner pour absorber un déplacement supérieur au déplacement spécifié, pour permettre d'absorber un déplacement équivalent de l'équipement en traction, ce qui entraîne un plus grand encombrement. L'invention vise à fournir un dispositif propre à absorber les chocs et les vibrations du type cidessus défini, répondant mieux que ceux antérieurement connus aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il permet d'obtenir une plus grande raideur et une absorption équivalente des chocs en traction et en compression, sans augmentation du volume occupé. Dans ce but, l'invention propose essentiellement un dispositif propre à absorber les chocs et les vibrations ayant une structure élastique constituée d'un ou plusieurs tronçons de câble métallique enroulés en hélice dont chaque spire est emprisonnée en des zones diamétralement opposées dans des barrettes, ces barrettes permettant d'interposer la structure entre deux organes, cette structure étant enrobée dans une masse de matériau élastomère traversée par au moins un trou dans le sens longitudinal par rapport à l'hélice, caractérisé en ce que il comporte des moyens raidisseurs agencés pour rendre linéaires, ou sensiblement linéaires, les déformations de la structure dans le plan transversal en fonction des sollicitations qu'elle subit, en traction et en compression, sur une plage de déformation comprise entre de l'ordre de -25% et de l'ordre de +25% par rapport à la dimension transversale h de la structure sous chargement statique. Par chargement statique on entend le chargement nominal du dispositif pour lequel il a été dimensionné. Dans un mode de réalisation avantageux, la plage de déformation est comprise entre de l'ordre de -358 et de l'ordre de +35% par rapport à la dimension transversale de la structure. Avantageusement les moyens raidisseurs comprennent une portion intermédiaire de raidissement, située longitudinalement au moins en partie entre les surfaces internes des deux barrettes en vis à vis et solidaire desdites barrettes, le trou et la portion intermédiaire étant agencés de façon à permettre les déformations élastiques de ladite portion lors des sollicitations subies par la structure en compression, en traction et/ou en cisaillement. Dans des modes de réalisation également avantageux, on a de plus recours à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes - la portion intermédiaire fait partie de la masse en élastomère, ladite masse comprenant au moins un deuxième trou dans le sens longitudinal par rapport à l'hélice, ledit deuxième trou étant situé de l'autre coté de la portion par rapport au premier trou - la portion est traversée d'un trou central dans le sens longitudinal par rapport à l'hélice - le trou central est une fente présentant une section transversale en forme de losange allongé - lesdits premier et deuxième trous sont symétriques par rapport à la portion et présente une section transversale sensiblement en demi cercle - la portion occupe au moins sensiblement la totalité du volume défini au droit et entre les faces internes des barrettes - les moyens raidisseurs comportent au moins une plaque externe solidaire d'une des barrettes, ladite plaque étant au moins en partie en contact avec une face externe de la masse en élastomère du dispositif à laquelle elle adhère - les moyens raidisseurs comportent deux plaques externes longitudinales respectivement solidaires d'une barrette, symétriques par rapport à la structure, respectivement en contact avec la masse en élastomère avec laquelle elles adhèrent sur une dimension transversale sensiblement égale ou légèrement supérieure à la dimension transversale maximale de la masse en élastomère, lesdites plaques présentant une concavité tournée vers la structure - les plaques présentent des extrémités en pans obliques d'angle compris entre de l'ordre de 1 et de l'ordre de 10 par rapport au plan des faces supérieures des barrettes - le matériau en élastomère présente un coefficient d'amortissement inférieur à de l'ordre de 15% (coefficient e) OU tel que tg6 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de modes particuliers de réalisation donné à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux figures qui l'accompagnent, dans lesquelles - la figure 1 est une courbe générale de transmissibilité montrant le comportement d'un système en fonction des fréquences d'excitation qui lui sont appliquées ; - les figures 2A et 2B donnent les courbes de déplacement et d'accélération en fonction du temps obtenues avec un dispositif connu du type ci-dessus, et avec un dispositif selon l'invention ;; - la figure 3 est une vue en coupe transversale du dispositif selon le mode de réalisation de l'invention plus particulièrement décrit ici - la figure 4 est une vue en coupe longitudinale IV-IV du dispositif de la figure 3 - la figure 5 est une représentation graphique donnant à titre d'exemple la déformation dans le sens transversal en millimètre, en traction et en compression, d'un dispositif selon le mode de réalisation de l'invention correspondant aux figures 3 et 4, de dimensions déterminées ; - les figures 6, 7 et 8 sont des vues en coupe transversale montrant d'autres modes de réalisation de l'invention ; - la figure 9 montre graphiquement et à titre d'exemple, la déformation latérale en %, en traction et en compression, de deux amortisseurs connus et de trois amortisseurs correspondant à trois modes de réalisation de dispositif selon l'invention. La figure 1 donne l'amplitude relative du déplacement dans le sens transversal d'un amortisseur soumis à une charge M, en fonction des fréquences d'excitation qui lui sont appliquées. La fréquence f0 correspond à la fréquence de résonance de l'ensemble, les courbes 1 et 2 donnant le comportement du système au cas où le coefficient d'amortissement tg6 (ou facteur de perte) est nul. La courbe 3 donne l'amplitude relative dans le cas où le coefficient est non nul. L'intersection 4 des courbes 2 et 3 avec la droite horizontale 5 donne la fréquence de coupure fol2 . Notons que, de façon habituelle, on parlera d'amortissement dans la zone 6, pour des valeurs de fréquence inférieures à la fréquence de coupure, et de filtrage dans la zone 7 pour des valeurs de fréquence supérieures à la fréquence de coupure. Comme on peut le voir sur la figure 1, en cas d'absence d'amortissement (courbe 2), le filtrage est meilleur (pente descendante en 8 plus forte) qu'en cas d'amortissement (portion 9 de la courbe 3). L'un des buts de la présente invention est d'obtenir un amortissement efficace, qui permet également un bon filtrage, après la fréquence de coupure. Un autre but de l'invention particulièrement important est illustré par les figures 2A et 2B. La figure 2A montre en trait plein 10 le déplacement transversal en traction/compression subi par un dispositif de l'art antérieur supportant une masse M et en trait interrompu 11 le déplacement obtenu avec un dispositif selon l'invention. La figure 2B donne en trait plein 12 l'accélération subie par un dispositif de l'art antérieur et en trait interrompu 13 l'accélération obtenue avec un dispositif selon l'invention. On voit que l'invention permet d'équilibrer les comportements du dispositif et de la charge qui y est fixée, en traction et en compression. La signification des variables figurant sur les figures est par ailleurs la suivante t = durée du choc M T1 = 1/2 période en traction = KT M T2 = 1/2 période en compression = KC avec T2 = 2T1 pour KT = 4 KC KT = raideur en traction KC = raideur en compression M = masse suspendue M T = période de la suspens ion recherchée = K K = raideur en traction et/ou en compression de la suspension recherchée. Cette raideur est sensiblement identique dans les deux cas. Pour répondre aux buts recherchés, l'invention est partie d'un amortisseur existant dont la raideur a pu être considérablement augmentée et le comportement en traction et en compression a pu être équilibré grâce à l'adjonction de moyens appropriés, comme par exemple l'adjonction d'une portion structurelle intermédiaire entre les plaquettes. On a représenté sur les figures 3 et 4 un mode de réalisation du dispositif 20 selon l'invention. Le dispositif 20 comprend une structure 21 élastique constituée d'un câble 22 métallique multibrins enroulé en hélice, dont les spires traversent deux barrettes 23 en des zones diamétralement opposées. Les barrettes 23 sont munies de moyens de fixation constitués par des trous 24 de passage de vis, avec un support 25 et l'équipement à protéger 26. Dans le mode de réalisation plus particulièrement décrit ici, chaque barrette consiste en deux barreaux 27 solidarisés entre eux par des vis 28. Des évidements semi-cylindriques 29 ménagés dans les faces en regard des barreaux 27 constituent des couloirs ou alvéoles cylindriques emprisonnant les spires. La structure 24 est enrobée dans une masse surmoulée 30 de matériau élastomère. Le câble 22 est totalement noyé dans cette masse, avec laquelle il peut ou non adhérer. Dans la pratique, on utilisera en général un élastomère vulcanisable à chaud, appliqué sur la structure dans des conditions telles qu'il adhère fortement à cette structure, de façon connue en elle-même. Parmi les élastomères utilisables, on peut notamment citer un élastomère de coefficient d'amortissement inférieur à 0,3, par exemple égal à de l'ordre de 0,1. Ce peut être par exemple un élastomère comme du caoutchouc naturel (N.R. pour Natural Rubber en terminologie anglosaxonne) ou du caoutchouc chloroprène (C.R. pour Chloropren Rubber en terminologie anglosaxonne). Le dispositif 20 comprend une portion intermédiaire 31 symétrique par rapport au plan axial vertical 32 du dispositif. La portion 31 fait partie intégrante de la masse en élastomère 30 et s'étend longitudinalement tout au long du dispositif en reliant entre elles les faces internes 33 des barrettes 23. La portion 31 présente au niveau de sa liaison avec lesdites barrettes une embase de largeur transversale supérieure ou sensiblement égale à la largeur des barrettes avec lesquelles ladite portion adhère, par exemple du fait de son moulage dans la masse avec la masse 30, un adhésif ayant été par ailleurs préalablement enduit sur les barrettes avant moulage, de façon connue en elle-même pour permettre une bonne adhérisation. La portion 31 définit deux trous symétriques 34 et 35 sensiblement semi-cylindriques et un trou central de section transversale sensiblement en forme de losange 36. Les trous 34, 35 et 36 et la portion 31 sont agencés pour permettre une déformation en compression de façon à ce que les branches 37 et 38 de la portion 31 viennent occuper sensiblement en totalité, ou au moins en partie les volumes vides des trous 34 et 35 lors de l'aplatissement maximum. Les moyens raidisseurs comprennent également deux plaques métalliques externes 39 par exemple en acier, fixées aux barrettes par exemple par vis, comprenant des pans coupés d'extrémité 40 adhérant à l'élastomère par exemple grâce à un adhésif. L'expérience a par exemple montré (cf. figure 5) qu'un dispositif de ce type ayant la constitution ci-dessus (voir figures 3 et 4) donnait une courbe de déformation linéaire sur +25% (cf. figure 5) autour du point d'équilibre statique S, avec les dimensions suivantes - épaisseur des plaques e = 12 mm - dimension transversale verticale h = 214 mm - dimension transversale horizontale 1 = 300 mm - rayon des trous semi-circulaires r = 55 mm - rayon externe de la masse sensiblement cylindrique en élastomère R = 97 mm - rayon de courbure des parties en élastomère d'extrémité, présentant une concavité vers l'extérieur, et se terminant en contact avec les plaques r' = 20 mm - largeur des barrettes x = 35 mm - pente des pans coupés déterminée par les dimensions, i = 16 mm sur j = 74 mm - fente centrale en forme de losange aux angles arrondis, de dimensions n = 20 mm pour n' = 26 mm - longueur longitudinale L = 600 mm - décrochement d'extrémité latérale longitudinale d = 4 mm. La masse en élastomère recouvre le câble 22 intérieurement et extérieurement, les trous 34 et 35 étant ménagés de façon à laisser subsister une épaisseur d'élastomère sensiblement constante. Les figures 6 à 8 montrent des variantes du dispositif représenté dans les figures 3 et 4, selon l'invention. La figure 6 montre (en coupe transversale) un dispositif 50 comprenant des moyens raidisseurs 51 constitués par des plaques 52 à pan coupé 53 adhérant avec la surface externe supérieure et inférieure 54 de l'élastomère 55 et présentant un trou central 56 tubulaire, mais sans portion intermédiaire entre barrettes 57 de fixation du câble 58 comme on l'a vu en référence aux figures 3 et 4. Les plaques 52 sont fixées rigidement aux barrettes de façon connue. La figure 7 est une variante du dispositif de la figure 6. Elle montre un dispositif 60 en coupe transversale comprenant deux plaques métalliques horizontales 61 adhérentes avec les faces supérieure et inférieure de la masse en élastomère, sur toute leur surface à l'exception de la partie de fixation 62 desdits plaques avec les barrettes 63. La figure 8 montre quant à elle une autre variante de dispositif 70 qui comporte des moyens raidisseurs 71 constitués d'une portion intermédiaire 72 et de trous 73, 74 et 75, par exemple tels que décrit en référence aux figures 3 et 4. La figure 9 donne les courbes de déformation en traction (à gauche) et en compression (à droite), en DaN obtenues d'une part avec des dispositifs connus (81 et 82), et d'autre part avec des amortisseurs selon trois différents modes de réalisation de l'invention (83, 84 et 85). Chaque courbe correspond à un amortisseur de mêmes dimensions (toutes choses égales par ailleurs) comme suit 81 : amortisseur à câble (non enrobé) 82 : amortisseur à câble enrobé simple (du type décrit dans le document FR 2.603.959) 83 : amortisseur à câble enrobé avec plaques adhérisées (cf. figure 6) 84 : amortisseur à câble enrobé avec plaques plates adhérisées et portion intermédiaire de raidissement interne (cf. figures 7 et 8) 85 : amortisseur à câble enrobé avec plaques "convexes" et portion intermédiaire de raidissement interne (cf. figures 3 et 4). En mesurant le rapport de déformation Traction/Compression à 25%, on obtient T81 3000 T82 5700 -- = ~~~~ = 3,33 ; -- = ---- = 2,37 ; C81 900 C82 2400 T83 6400 T84 7700 -- = ~~~~ = 0 0,94 ; -- = ~~~~ = 0,94 C83 6800 C84 8200 T85 8300 -- = ---- = 0,88 C85 9400 Comme il va de soi et comme il résulte de ce qui précède, l'invention est susceptible d'autres variantes de réalisation entrant dans le cadre des équivalences. REVENDICATIONS 1. Dispositif (20,50,60,70) propre à absorber les chocs et les vibrations ayant une structure élastique (21) constituée d'un ou plusieurs tronçons de câble métallique (22,58) enroulés en hélice dont chaque spire est emprisonnée en des zones diamétralement opposées dans des barrettes (23,57,63), ces barrettes permettant d'interposer la structure entre deux organes, cette structure étant enrobée dans une masse (30,55) de matériau élastomère traversée par au moins un trou (34,35,36,56) dans le sens longitudinal par rapport à l'hélice, caractérisé en ce que le dispositif comporte des moyens raidisseurs (31,39,51,52,61,71) agencés pour rendre linéaires, ou sensiblement linéaires, les déformations de la structure dans le plan transversal en fonction des sollicitations qu'elle subit, en traction et en compression, sur une plage de déformation comprise entre de l'ordre de +25% et de l'ordre de -25% par rapport à la dimension transversale h de la structure sous chargement statique. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens raidisseurs (31,39,51,52,61,71) sont agencés pour rendre linéaires, ou sensiblement linéaires, les déformations de la structure dans le plan transversal en fonction des sollicitations qu'elle subit, en traction et en compression, sur une plage de déformation comprise entre de l'ordre de +35% et de l'ordre de -35% par rapport à la dimension transversale h de la structure sous chargement statique. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens raidisseurs comportent une portion intermédiaire (31,72) de raidissement, située longitudinalement au moins en partie entre les surfaces internes des deux barrettes en vis à vis et solidaire desdites barrettes, le trou et la portion intermédiaire étant agencés de façon à permettre les déformations élastiques de ladite portion lors des sollicitations subies par la structure en compression, en traction et/ou en cisaillement. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la portion intermédiaire (31,72) fait partie intégrale de la masse en élastomère, ladite masse comprenant au moins un deuxième trou (34,35) dans le sens longitudinal par rapport à l'hélice, ledit deuxième trou (34) étant situé de l'autre coté de la portion par rapport au premier trou (35). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la portion (31) est traversée d'un trou central (36) dans le sens longitudinal par rapport à l'hélice. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le trou central (36) est une fente présentant une section transversale en forme de losange allongé. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième trou (34,35) sont symétriques par rapport à la portion (31) et présentent une section transversale sensiblement en forme de demi cercle. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que la portion occupe au moins sensiblement la totalité du volume défini au droit et entre les faces internes des barrettes. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens raidisseurs comportent au moins une plaque (39,52,61) externe solidaire d'une des barrettes, ladite plaque étant au moins en partie en contact avec une face externe de la masse en élastomère du dispositif à laquelle elle adhère. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que il comporte deux plaques (39,52) externes longitudinales respectivement solidaires d'une barrette, symétriques par rapport à la structure, respectivement en contact avec la masse en élastomère avec laquelle elles adhèrent sur une dimension transversale sensiblement égale ou légèrement supérieure à la dimension transversale maximale de la masse en élastomère, lesdites plaques présentant une concavité tournée vers la structure. 11. Dispositif selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que la ou les plaques présentent des extrémités (40,53) en forme de pan oblique, d'angle compris entre de l'ordre de 1" et de l'ordre de 10 par rapport au plan des faces des barrettes. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau en élastomère présente un coefficient d'amortissement inférieur à de l'ordre de 0,3.