Brevet FR2708691A1 — publié le 19950210

La présente invention concerne une structure d'absorption de choc destinée à absorber et/ou atténuer lténergie d'une façon qui est programmée à l'avance, selon l'objet à protéger et les conditions d'application du choc. Cette structure est destinée à venir stintégrer,de façon appropriée, notamment dans la carcasse de véhicules tels que des automobiles, des trains ou des avions, par exemple, pour préserver les vies humaines et le matériel lors des crash ou accidents graves. On connait de nombreux types d'absorbeurs de choc qui fonctionnent par flambage plastique dynamique. L'invention propose une structure originale dont ltefficacité d'absorption est intéressante et dont la stabilité longitudinale est excellente, me me pour des ensembles de grande longueur. La structure d'absorption de choc selon l'invention est destinée à travailler par déformation et compression longitudinale ; elle est caractérisée par le fait qu'elle se présente sous la forme d'un caisson allongé dont la section transversale est constituée d'au moins une boucle trapézoidale. Selon une premiere forme de réalisation de l'invention, la section transversale du caisson correspond à deux trapèzes réunis entre eux par leur petite base au moyen d une troisième structure. Cette troisième structure est adaptée pour maintenir la stabilité longitudinale de l'absorbeur de choc afin d'éviter qu'il ne chasse ou qu'il se vrille lors de son écrasement. De préférence, les deux caissons trapézoidaux d'extrémité ont une section régulière identique. Selon un mode de réalisation particulier, la troisième structure qui solidarise les deux trapèzes se présente sous la forme d'un caisson. La section transversale de ce caisson est de préférence parallélépipédique ; il est avantageusement constitué d'au moins deux plats parallèles qui s'étendent sensiblement perpendiculairement aux petites bases des trapèzes. De préférence, ce caisson de solidarisation s'détend sur toute la largeur de la petite base des trapèzes. Sa section transversale peut etre irrégulière sur sa longueur, en particulier pour que l'absorbeur puisse épouser un profil de structure en angle aigu. Selon une autre disposition de l'invention, au moins l'une des parois longitudinales du caisson qui forme la troisième structure de liaison présente une discontinuité en longueur. Selon un autre mode de réalisation, la troisième structure qui solidarise les deux trapèzes est en forme de simple plat longitudinal dont les chants sont solidarisés perpendiculairement à la petite base desdits trapèzes ; le plat est de préférence centré sur cette petite base. Dans une forme de réalisation voisine, les chants de ce plat longitudinal de liaison ne sont pas parallèles pour permettre l'insertion de l'absorbeur dans l'angle d'une structure de réception. Selon une autre disposition, l'absorbeur de choc comporte des plats longitudinaux, sur ses côtés, qui réunissent les deux grandes bases des trapèzes. Pour obtenir un séquençage de la déformation, ces plats longitudinaux s'étendent sur une partie seulement de la longueur de la structure. Selon une autre forme de réalisation l'absorbeur de choc se présente sous la forme d'un caisson allongé dont la section transversale trapézoidale évolue de façon régulière sur sa longueur. Cette évolution régulière est adaptée en fonction du site d'implantation pour permettre l'intégration de l'absorbeur dans un angle de la structure de réception. Toujours selon l'invention, cet absorbeur se présente sous la forme d'un caisson allongé constitué d'un plateau inférieur et d'un plateau supérieur reliés par deux pans inclinés latéraux. Le plateau supérieur est incliné d'un angle x par rapport au plateau inférieur pour former une structure longitudinale en coin. L'angle x est fonction du site et du positionnement de l'absorbeur dans la carcasse à protéger ; il peut aller de quelques degrés à quelques dizaines de degrés. Selon une disposition préférée de l'invention, l'un au moins des deux plateaux inférieur et superieur déborde latéralement pour former des extensions de rigidification. Selon une autre caractéristique, les différents modes de réalisation précédents peuvent comporter au moins un moyen de contrôle du niveau d'écrasement ; ce ou ces moyens se présentent sous la forme d'ouvertures ou de bossages, de forme, dimension et positionnement adaptés. D'autre part, on peut également prévoir des raidisseurs latéraux en forme de plats disposés perpendiculairement à l'axe longitudinal de la structure pour éviter la torsion au cours de la déformation. Mais l'invention sera encore illustrée, sans etre aucunement limitée, par la description suivante de plusieurs modes de réalisation, donnés uniquement à titre d'exemples et représentés sur les dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue de coté d'un premier mode de réalisation possible de l'absorbeur de choc selon l'invention ; - la figure 2 est une coupe de la figure 1 selon 2-2 - la figure 3 est une représentation schématique, en perspective, d'un mode de réalisation voisin - la figure 4 est une vue en perspective du mode de réalisation de la figure 3, en cours de déformation par compression longitudinale ; - la figure 5 correspond à la courbe force (KN)/temps (ms) de la structure d'absorption de choc des figures 3 et 4 - la figure 6 est une vue de côté d'un autre mode de réalisation de 1 r invention - la figure 7 est une vue de face de la structure représentée figure 6 - la figure 8 est une coupe selon 8-8 de la figure 6 - la figure 9 est une représentation schématique, en perspective, du mode de réalisation des figures 6 à8; - la figure 10 montre l'absorbeur de choc de la figure 9 en cours d'écrasement - la figure 11 montre la même structure en fin d'écrasement ; - la figure 12 correspond à la courbe force (KN)/temps (ms) de la structure des figures 6 à 11 ; - la figure 13 est une vue de coté d'une autre forme de réalisation possible de l'absorbeur de choc selon l'invention ; - la figure 14 est une vue d'extrémité de l'absorbeur de choc de la figure 13 - la figure 15 est une vue en perspective de l'absorbeur de choc des figures 13 et 14. Telle qu'on l'a représentée sur les figures 1 et 2, la structure d'absorption de choc se présente sous la forme d'un caisson allongé dont les dimensions sont adaptées à l'objet que l'on désire protéger. Ce caisson I est constitué de deux structures allongées 2 et 3 dont la section transversale est régulière et trapézoidale, reliées par leur petite base, respectivement 4 et 5, au moyen de deux plats longitudinaux rectangulaires 6 et 7. Les deux structures allongées 2 et 3 sont identiques ; elles sont creuses et définissent chacune un caisson d'absorption d'énergie. Les chants des deux plats longitudinaux 6 et 7 sont solidarisés perpendiculairement aux extrémités de la petite base 4, 5 des trapèzes ; ces plats 6 et 7 s'étendent parallèlement l'un à l'autre et forment, avec lesdites petites bases 4 et 5, un caisson central 8 de forme générale parallélépipédique. La largeur de ce caisson 8, ctest-à-dire ltespacement entre les deux plats 6 et 7, correspond sensiblement à la longueur des petites bases 4 et 5. Comme on peut le voir sur la figure 2, les extrémités des petites bases 4 et 5 des structures trapézoïdales 2 et 3 peuvent légèrement déborder sur les cotés. L'absorbeur de choc 1 peut etre obtenu en tout genre de matériau métallique et/ou composite approprié. I1 peut par exemple etre réalisé en acier, aluminium, carbone, verre, kevlar, ou meme en une composition de ces différentes matières. S'il est réalisé en matériau métallique, on l'obtiendra de préférence par pliage et soudage de tôles d'épaisseur et de dimensions adaptées. Le caisson central 8 qui forme la structure de liaison des deux trapèzes d'extrémité 2 et 3, contribue à maintenir la stabilité longitudinale de l'absorbeur lors de son écrasement longitudinal ; il évite le vrillage et les effets de torsion au cours de l'absorption d'énergie par compression. Dans certains modes de réalisation particuliers et pour certaines applications bien définies, l'intérieur du caisson central 8 peut comporter des structures de renfort en forme de plats intégrés, longitudinaux, transversaux ou autres. Les extrémités de l'absorbeur de choc 1 sont montées sur des embases transversales 9 dont les dimensions sont supérieures à l'encombrement de la structure d'absorption. Ces embases 9 servent au positionnement et à la fixation de l'absorbeur de choc sur la carcasse à protéger ; elles jouent également le rôle de surface d'appui pour la structure d'absorption encadrée. Cet absorbeur de choc 1 peut comporter des raidisseurs latéraux 10, soudés en des endroits appropriés de part et d'autre du caisson central 8. Ces raidisseurs consistent en des plats soudés sur les parois inclinées latérales des trapèzes 2 et 3 et sur les plats 6 et 7 du caisson 8, de préférence dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal 11 de la structure. La forme des raidisseurs 10 est telle que la section de l'absorbeur reste sensiblement inscrite dans un rectangle. Leurs nombre, nature, épaisseur et répartition sont adaptés aux caractéristiques d'absorption désirées du choc. D'autres part, les grandes bases, respectivement 12 et 13, des trapèzes 2 et 3 peuvent etre reliées par des plaques latérales 14 qui s'étendent sur toute la hauteur de l'absorbeur. Ces plats longitudinaux 14 sont soudés aux extrémités desdites grandes bases 12 et 13 ; ils peuvent s'étendre sur toute la longueur de l'absorbeur, entre les deux embases 9, ou simplement sur une partie de cette longueur, comme le montre la figure 1. Dans ce dernier cas, ils permettent un séquençage de la déformation. La figure 3 est une vue en perspective d'un mode de réalisation voisin, simplement schématisé. Ce mode de réalisation se différencie essentiellement de celui représenté sur les figures 1 et 2 par le fait que les plats longitudinaux 6 et 7 qui définissent les parois latérales du caisson central 8, ne sont pas continus. Cette discontinuité, identique de chaque côté, définit des ouvertures 15 entre les petites bases 4 et 5 des trapèzes 2 et 3. La forme et les dimensions de ces ouvertures sont adaptées aux caractéristiques de déformation désirées. D'autre part1 cet absorbeur ne comporte pas de raidisseurs latéraux, ni de plats longitudinaux. Ces absorbeurs sont destinés à amortir les chocs sur leur longueur, par compression longitudinale. Leurs extrémités étant convenablement positionnées et fixées de façon appropriée sur la structure à protéger, ils se déforment et se plient tel un accordéon, de la façon représentée sur la figure 4. Cette figure 4 montre la structure d'absorption de choc de la figure 3, partiellement déformée ; un résultat similaire est obtenu à partir de la structure des figures 1 et 2. La déformation est fonction du choc reçu ; la longueur et plus généralement les dimension et nature de matériau sont adaptées aux chocs potentiels. La figure 5 montre la courbe force/temps de la structure des figures 3 et 4 ; on a mis en abscisses le temps, en millisecondes, et en ordonnées la force absorbée, en kilo Newtons. Sur cette courbe on remarque un pic de flambage suivi d'un plateau qui montre que la force absorbée est stable dans le temps. On a représenté sur les figures 6 à 11 un absorbeur de choc de structure dérivée particulièrement adapté pour venir se positionner dans les angles d'une structure de réception. Dans ce mode de réalisation on retrouve les deux caissons trapézoidaux, référencés ici 16 et 17, réunis par leur petite base 16' et 17' au moyen d'un troisième caisson 18. Ce caisson 18 est formé de deux plats latéraux 19 et 20 parallèles, de forme générale triangulaire. Ainsi, sur la longueur de l'absorbeur, la section transversale du caisson central 18 évolue de façon régulière ; l'angle a formé par les deux plateaux qui forment les grandes bases 21 et 22 des trapèzes 16 et 17 est fonction de la structure de réception. Sur les figures 6 et 7 on remarque également les embases d'extrémité 23 qui encadrent la structure d'absorption proprement dite. Les structures trapézoidales 16 et 17, ainsi que le caisson 18, sont adaptés, dans leurs dimensions et nature, aux caractéristiques d'absorption désirées. Là encore, on peut prévoir des raidisseurs latéraux ou des plats latéraux de séquençage, toujours en fonction de l'absorption désirée et des caractéristiques du choc potentiel. Les figures 10 et 11 montrent deux étapes successives de la déformation de l'absorbeur de la figure 9, laquelle est une représentation schématique de la structure des figures 6 à 8. Sur ces figures 10 et 11, le choc est initié par la petite extrémité de l'absorbeur. Sur la figure 12 on a représenté la courbe force/temps de l'absorbeur de la figure 9. Le temps (en millisecondes) est en abscisses et la force absorbée (en kilo Newtons) figure en ordonnées. Là encore, après le pic de flambage, on remarque que la force absorbée est stable dans le temps. Les caractéristiques de déformation de tels absorbeurs de choc montrent la présence d'un pic de flambage (figures 5 et 12) lié à la force importante nécessaire pour initier la déformation. Il peut être intéressant, dans certaines applications, d'écrêter ou même d'éliminer ce pic initial de flambage. A cet effet, on peut prévoir la présence d'ouvertures ou de fenêtres 24 (figures 1 et 6) sur la longueur de l'absorbeur, en des end-roits et en nombre appropriés. Ces ouvertures ou fenêtres peuvent être prévues sur une ou plusieurs faces des structures trapézoidales ou même sur les parois des caissons centraux. Selon une forme de réalisation voisine, ces ouvertures peuvent être remplacées par des bossages obtenus par exemple par emboutissage. Selon des variantes de réalisation, la structure centrale qui réunit les deux trapèzes peut consister en un simple plat longitudinal dont les chants sont solidarisés perpendiculairement à la petite base desdits trapèzes. Ce plat longitudinal peut être axé ou désaxé ; il peut se présenter sous une forme rectangulaire ou autre, du genre triangulaire ou trapézoïdale, pour un positionnement dans les angles. Ce mode de réalisation particulier peut également être associé à des raidisseurs latéraux transversaux, à des plats longitudinaux de réunion des grandes bases de trapèzes et/ou à des ouvertures ou bossages d'écrêtage du pic de flambage. On a représenté sur les figures 13 à 15 une autre forme de réalisation possible de l'absorbeur de choc selon l'invention, destinée à être intégrée dans l'angle d'une carcasse de réception. Tel qu'on l'a représenté sur ces figures 13, 14 et 15, l'absorbeur de choc 25 se présente sous la forme d'un caisson allongé réalisé en matériau métallique (acier, aluminium...) ou composite (carbone, kevlar, hybride...) Ce caisson creux allongé 25 a une section transversale en forme de trapèze. Cette section est irrégulière ; elle décroît de façon régulière à partir de son extrémité 26, à droite sur la figure 1, Jusqu'à son extrémité 27, à gauche. A cet effet, l'absorbeur est constitué d'un plateau inférieur 28 et d'un plateau supérieur 29 reliés par deux parois ou pans inclinés latéraux 30 et 31. Les deux pans inclinés 30 et 31 sont équidistants sur la longueur de la strucutre ; ils ont une forme trapézodale identique. Le plateau inférieur 28 forme la petite base du trapèze de la section transversale de l'absorbeur, et le plateau supérieur 29 la grande base. Ces deux plateaux 28 et 29 s'étendent dans des plans qui ne sont pas parallèles ; ils sont inclinés en longueur l'un par rapport à l'autre d'un angle x fonction des caractéristiques dimensionnelles et d'encombrement de l'angle de carcasse à équiper. Tel qu'on l'a représenté sur la figure 13 les extrémités 26 et 27 du caisson allongé 25 peuvent être équipées d'embases de positionnement 32 simplement représentées en pointillés. Comme on peut le voir sur les figures 13 à 15, le plateau inférieur 28 a une forme générale rectangulaire. Il déborde de part et d autre de la ligne de raccordement 33 avec les pans inclinés 30 et 31 pour former des extensions latérales de rigidification 34. Ces extensions latérales 34 sont régulières sur la longueur du caisson ; elles limitent les efforts latéraux et évitent la torsion lors de l'écrasement de l'absorbeur, sans augmenter de façon notable les efforts de compression. En fonction des caractéristiques de résistance et d'écrasement désiré, le plateau supérieur 29 peut également comporter de telles extensions 34', représentées en pointillés sur la figure 14. D'autre part, des raisisseurs latéraux peuvent être w prévus sur les côtés de l'absorbeur pour améliorer la rigidité de la structure et sa résistance à la torsion. La forme de ces raidisseurs, leur positionnement et leur nombre sont adaptés aux caractéristiques d'encombrement et au type de déformation désirés. On a représenté deux raidisseurs 35 de ce genre sur l'un des côtés de l'absorbeur 25, figure 15. Ces raidisseurs ont une forme générale triangulaire ; ils restent dans l'encombrement général de la section de l'absorbeur et ils sont solidarisés transversalement à son axe longitudinal. Sur une structure de ce genre, on peut également prévoir une ou plusieurs ouvertures 36 aptes à contrôler les niveaux des efforts d'écrasement. Cette ou ces ouvertures 36, dont un exemple de réalisation a été représenté en pontillés sur la figure 14, peuvent être réalisées sur le plateau supérieur 29, sur le plateau inférieur 28 ou sur les pans inclinés 30 et 31. Leur forme, nombre et répartition sont adaptés aux caractéristiques d'écrasement désiré. A noter qu'en lieu et place de ces ouvertures 36 on peut prévoir la présence de bossages consistant en une simple déformation de matière obtenue par emboutissage, par exemple. Un absorbeur de choc de ce type peut être réalisé par pliage et soudage de toles d'acier ou d'aluminium ; il peut également être obtenu en matériau composite. L'épaisseur du matériau utilisé est adaptée aux caractéristiques de déformation désirées, en fonction notamment du choc potentiel. Ces caractérisiques permettent l'obtention d'une structure creuse destinée à épouser l'angle d'un profil de carcasse ; son positionnement sur le profil de carcasse est adapté pour recevoir le choc potentiel au niveau de l'une de ses extrémités 26 ou 27 et pour pouvoir être comprimé longitudinalement en vue d'absorber et/ou atténuer l'énergie, d'une façon qui est programmée à l'avance. Les signes de références insérés après le caractéristiques techniques mentionnées dans les revendications ont pour seul but de faciliter la compréhension de ces dernières et n'en limitent aucunement la portée. - REVENDICATIONS l.-Absorbeur de choc, caractérisé en ce qu il se présente sous la forme d'un caisson allongé dont la section transversale est constitué d'au moins une boucle trapézoïdale. 2.- Absorbeur de choc selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'un caisson allongé dont la section transversale correspond à deux trapèzes (2, 3 ; 16, 17) réunis entre eux, par leur petite base (4, 5 ; 16', 17'), au moyen d'une troisième structure (8, 18). 3.- Absorbeur de choc selon la revendication 2, caractérisé en ce qutil comporte deux trapèzes (2, 3 16, 17) à section régulière identique. 4.- Absorbeur de choc selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte une troisième structure de solidarisation des deux trapèzes (2, 3 ; 16, 17) en forme de caisson (8, 18). 5.- Absorbeur de choc selon la revendication 4, caractérisé en ce que le caisson (8, 18) qui solidarise les deux trapèzes (2, 3 ; 16, 17) a une section transversale parallélépipédique et est constitué d'au moins deux plats parallèles (6, 7 ; 19, 20) qui s' étendent sensiblement perpendiculairement aux petites bases (4, 5 ; 16', 17') desdits trapèzes. 6.- Absorbeur de choc selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comporte un caisson (8, 18) de solidarisation des deux trapèzes (2, 3 ; 16, 17), qui s' étend en largeur sur toute la longueur de la petite base (4, 5 ; 16', 17') desdits trapèzes. 7.- Absorbeur de choc selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un caisson (18) de solidarisation des deux trapèzes (16, 17) dont la section transversale évolue de façon régulière sur sa longueur. 8.- Absorbeur de choc selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un caisson (8) de solidarisation des deux trapèzes (2, 3) dont au moins l'une des parois longitudinales (6, 7) présente une discontinuité et forme des ouvertures (15). 9.- Absorbeur de choc selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu il comporte une troisième structure de solidarisation des deux trapèzes en forme de simple plat longitudinal dont les chants sont solidarisés perpendiculairement à la petite base desdits trapèzes. 10.- Absorbeur de choc selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte un plat longitudinal centré sur la petite base des trapèzes. 11.- Absorbeur de choc selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10 , caractérisé en ce qu'il comporte un plat longitudinal dont les chants en contact avec la petite base des trapèzes ne sont pas parallèles. 12.- Absorbeur de choc selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte des plats longitudinaux (14), sur ses cotés, qui réunissent les deux grandes bases (12 et 13) des trapèzes (2 et 3). 13.- Absorbeur de choc selon la revendication 12, caractérisé en ce que les plats longitudinaux (14) s'étendent sur une partie seulement de sa longueur pour obtenir un séquençage de la déformation. 14.- Absorbeur de choc selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'un caisson allongé (25) dont la section transversale trapézoïdale évolue de façon régulière sur sa longueur. 15.- Absorbeur de choc selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il se présente sous la forme d'un caisson allongé constitué d'un plateau inférieur (28) et d'un plateau supérieur (29) reliés par deux pans inclinés latéraux (30 et 31), ledit plateau supérieur (29) étant incliné d'un angle x par rapport au plateau inférieur (28) pour former une structure en coin, en longueur. 16.- Absorbeur de choc selon l'une quelconque des revendications 14 ou 15, caractérisé en ce qu'au moins l'un des deux plateaux inférieur (28) et supérieur (29) déborde latéralement pour former des extensions (34, 34') de rigidification. 17.- Absorbeur de choc selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un moyen de contrôle du niveau d'écrasement en forme d'ouvertures ou de bossages (24, 29). 18.- Absorbeur de choc selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé- en ce qu'il comporte des raidisseurs latéraux (10, 35) pour limiter sa torsion.