Brevet FR2698932A1 — publié le 19940610

La présente invention a trait au domaine de l'absorption de chocs ; elle concerne plus particulièrement une structure d'absorption de chocs qui absorbe et/ou atténue l'énergie d'une façon qui est programmée à l'avance, notamment en fonction de l'objet à protéger et des conditions d'application du choc. On utilise de façon courante des systèmes d'absorption d'énergie, notamment pour préserver les vies humaines et le matériel, lors de crashs de véhicules par exemple. Ces absorbeurs d'énergie ont des structures variables en forme de poutres, d'empilements de corps creux, ou à parois en oméga ... ; l'absorption d'énergie résulte de leur déformation au cours du choc, cette déformation étant une déformation par flambage plastique dynamique. La présente invention propose une structure originale d'absorption de chocs dont l'efficacité et le potentiel d'absorption peuvent etre très intéressants dans certains domaines d'application. La structure d'absorption de chocs selon l'invention se présente sous la forme d'un profilé ou d'un caisson allongé dont la section correspond à au moins deux boucles fermées, réunies entre elles. Cette structure est destinée à agir par compression longitudinale et sa longueur est adaptée aux caractéristiques du choc envisagé que l'on désire atténuer. Selon une autre disposition de l'invention, la section du caisson allongé correspond à deux boucles symétriques par rapport à son plan médian. Selon une forme de réalisation préférée, les deux boucles de la structure sont réunies par une ame centrale rectiligne. Selon une autre disposition avantageuse, les boucles fermées sont en forme de trapèze réunis par leur base commune qui forme l'amie centrale. Si la base commune est la petite base des trapèzes, on obtient une structure en papillon en coupe transversale. Selon une autre disposition, la section du caisson est inscrite dans un carré, un rectangle, ou un polygone du type hexagone. Selon une autre disposition, la longueur de l'âme centrale qui forme la base commune des trapèzes a une valeur non nulle. Selon une autre caractéristique, la structure d'absorption de chocs comporte des raidisseurs latéraux qui relient les deux boucles longitudinales ; ces raidisseurs sont solidarisés dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal de la structure. Selon une autre disposition, la structure comporte des fenêtres de forme adaptée, aménagées sur la longueur des boucles. Cette caractéristique permet d'écrêter ou même d'éliminer le pic initial de flambage sur la courbe force/déplacemement correspondante. Ces fenêtres peuvent être prévues sur les parois inclinées des trapèzes et, si on en prévoit, entre les raidisseurs latéraux. Selon une autre disposition, la structure d'absorption de chocs comporte des flancs latéraux longitudinaux qui relient les extrémités des grandes bases des trapèzes. Selon d'autres caractéristiques, la structure selon l'invention consiste en un assemblage par soudage de plusieurs éléments dont la nature peut être différente. Ces matériaux peuvent être choisis en inox, aluminium, acier ... D'autre part, les épaisseurs des différents éléments assemblés peuvent varier sur une même structure. Selon une autre forme de réalisation, la structure définie ci-avant est intégrée dans un fourreau ou caisson longitudinal de longueur supérieure. Ce fourreau présente ainsi une zone libre à l'une de ses extrémités qui sert de caisson d'initialisation pour écrêter ou éliminer le pic de flambage sur la courbe force/déplacement correspondante. Mais l'invention sera encore illustrée, sans être aucunement limitée, par la description suivante de plusieurs modes de réalisation particuliers, donnés à titre d'exemples et représentés sur les dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en perspective d'un mode de réalisation possible de la structure d'absorption de chocs selon l'invention, en forme de papillon en coupe transversale - la figure 2 est une section transversale selon 2-2 de la structure - les figures 3, 4 et 5 sont des vues en perspective qui montrent la déformation de l'absorbeur de chocs, en plusieurs étapes - la figure 6 est une courbe force/déplacement, qui montre l'écrasement statique, avec pic, d'une structure correspondant aux figures 1 à 5 - la figure 7 est une section transversale d'une structure d'absorption de chocs d'un type légèrement différent - la figure 8 est une courbe force/déplacement, qui montre l'écrasement statique, sans pic, d'une structure d'absorption de chocs selon 1 invention; - la figure 9 est une vue en perspective d'un autre mode de réalisation de la structure d'absorption de chocs selon l'invention. On a représenté sur les figures 1 et 2 un premier mode de réalisation possible de la structure d'absorption de chocs selon 1 invention. Cette structure 1 est en forme de caisson métallique allongé, dont la section est régulière et qui est obtenu au moyen de plusieurs éléments longitudinaux assemblés par soudage. La section transversale du caisson 1, figure 2, correspond à deux boucles 2 et 3 réunies entre elles par une âme centrale 4. Les deux boucles 2 et 3 ont une forme trapézoidale sensiblement identique ; elles sont obtenues de préférence par pliage de tales de nature adaptée, en inox, aluminium ou acier, par exemple. Les extrémités des trapèzes 2 et 3 sont assemblées en 6 et 7 sur l'âme centrale rectiligne 4 constituée d'une tôle plane, également en inox, aluminium ou acier par exemple, par soudage ou autre. D'autres modes d'assemblage sont possibles, de façon à réduire par exemple le nombre de soudures à réaliser. Les deux boucles 2 et 3 étant identiques, la structure 1 est symétrique par rapport à son plan médian 8 et sa section transversale se présente sous une forme générale en papillon. Les dimensions de cet absorbeur de chocs sont variables en fonction de sa destination. A titre indicatif, la longueur de la base commune des trapèzes 2 et 3 peut être de l'ordre de 30 mm ; la longueur de leurs bases respectives 9 et 10, de l'ordre de 90 mm et leur hauteur a, de l'ordre de 50 mm. La longueur b de la structure 1, figure 1, est adaptée à la destination de l'absorbeur ; à titre purement indicatif, elle peut être de l'ordre de 30 cm. De préférence, l'âme centrale 4 a une longueur comprise entre la longueur des grandes bases 9 et 10 des trapèzes et une valeur minimale non nulle. Cette structure papillon 1 s inscrit dans un carré ou dans un rectangle. Dans le cas d'un profil du type hexagonal, tel que représenté en traits mixtes fins, figure 2, l'âme centrale 4 a une longueur supérieure aux bases 9 et 10. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, l'épaisseur des parois des différents éléments métalliques assemblés 2, 3 et 4 est de l'ordre de 1,5 mm. Cette épaisseur peut bien entendu varier d'une structure à l'autre ; elle peut même varier entre les différents éléments assemblés 2, 3 et 4, sur une même structure 1. D'autre part, la nature des matériaux utilisés pour former les boucles 2, 3 et l'âme centrale 4 peut être différente, pour obtenir une structure mixte. A noter que les extrémités longitudinales 11 et 12 de l'âme centrale 4 peuvent déborder de quelques millimètres des points de liaison 6 et 7 des parois obliques 14 des boucles trapézoidales 2 et 3. Dans ce mode de réalisation, étant donné la forme des boucles 2 et 3, les bases 9 et 10 s'étendent parallèlement à l'âme centrale 4. D'autre part, ces bases 9 et 10 sont raccordées à l'âme centrale 4 par des parois rectilignes 14. A noter qu'une telle structure est également symétrique par rapport au plan médian 15 perpendiculaire à l'âme centrale 4. Bien entendu, la forme de ces boucles peut varier en fonction des caractéristiques d'absorption désirées. En particulier, dans une structure voisine de celle représentée sur les figures 1 et 2, les parois de raccordement des profils parallèles 4, 9 et 10 peuvent présenter de légères courbures. Une structure de ce genre est destinée à amortir les chocs sur sa longueur au moyen d'une compression longitudinale représentée sur les figures 3 à 5. Ses deux extrémités 17 et 18 étant convenablement positionnées et fixées de façon appropriée sur la structure à protéger, cette compression longitudinale est initiée de la façon représentée sur la figure 3. L'absorbeur 1 se déforme et se plie tel un accordéon ; il passe par un stade intermédiaire, figure 4, pour aboutir à la structure représentée sur la figure 5. La déformation est fonction du choc reçu et on comprend bien que les dimensions et en particulier la longueur de l'absorbeur sont adaptées aux chocs potentiels. On a représenté sur la figure 6 la courbe correspondant à l'écrasement statique d'une structure papillon de ce type. La section extérieure de la structure testée est de 250 x 160 mm ; sa longueur est égale à 350 mm et l'épaisseur de ses parois est de 3,75 mm. Elle est réalisée en acier inoxydable. On a mis en abscisses l'écrasement (en mm) du dispositif absorbeur, et en ordonnées la force absorbée (en KN). Sur cette courbe on remarque que la force absorbée est pratiquement constante pendant l'écrasement du programmeur. On remarque également la présence d'un pic de flambage lié à la force importante nécessaire pour initier la déformation de la structure. Telle qu'on l'a représentée sur la figure 1, la structure papillon selon l'invention peut être munie de raidisseurs latéraux 20 disposés régulièrement sur sa longueur. Ces raidisseurs 20 consistent en des éléments rapportés de forme sensiblement triangulaire, soudés sur les parois inclinées 14 des trapèzes 2 et 3, de préférence dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal 21 de la structure. La forme de ces raidisseurs 20 est telle que que la section de l'absorbeur reste sensiblement inscrite dans un carré ou un rectangle. Le nombre de ces raidisseurs, leur nature et leur épaisseur sont adaptés au type de structure désirée et aux caractéristiques du choc susceptible d'être absorbé. On a représenté sur la figure 7 un mode de réalisation dérivé de l'absorbeur des figures 1 et 2. Dans ce mode de réalisation, on conserve la structure de base genre papillon, avec les deux trapèzes 2 et 3 accollés par leur base 4, et on lui rapporte des flancs latéraux 22 soudés. Ces flancs longitudinaux 22 sont en forme de tôles métalliques de nature et d'épaisseur adaptées qui peuvent être différentes de celles des trapèzes et embase 2, 3 et 4. Les flancs 22 relient les extrémités des grandes bases 9 et 10 des trapèzes 2 et 3. La longueur de ces flancs 22 correspond à celle de l'absorbeur et leur largeur est sensiblement égale à celle des grandes bases 9 et 10. La section transversale d'un tel absorbeur correspond sensiblement à un carré ou un rectangle dans lequel s'inscrit une structure en x. Pour certaines applications, il peut être intéressant d'écrêter ou même d'éliminer le pic initial de flambage de la courbe caractéristique force/déplacement de la structure d'absorption de chocs. A cet effet, et comme on l'a représenté sur la figure 1, on peut prévoir la présence d'ouvertures ou de fenêtres 23 aménagées sur la longueur de la structure. Ces fenêtres 23 sont de préférence prévues sur les parois inclinées 14 des trapèzes 2 et 3, et de préférence entre les raidisseurs 20 le cas échéant. Les dimensions, le nombre et la répartition de ces ouvertures sont adaptés à la structure désirée et aux caractéristiques du choc susceptible d'être absorbé. La figure 8 montre la courbe caractéristique force/déplacement, obtenue avec une structure munie de fenêtres 23 adaptées sur sa longueur. La section extérieure de la structure testée est de 250 x 160 mm ; sa longueur est égale à 350 mm et l'épaisseur de ses parois est de 3,75 mm. Elle est réalisée en acier inoxydable. L'écrasement (mm) est prévu en abscisses et la force absorbée (KN) en ordonnées. Sur cette courbe, on remarque la quasi absence de pic de flambage initial et la relative constance de la force absorbée pendant la compression. L'écrêtage ou l'élimination du pic de flambage peut également être obtenu, comme représenté sur la figure 9, en intégrant une structure papillon 1, sans fenêtre 23, dans un fourreau métallique 24 de longueur c supérieure. Le fourreau ou caisson longitudinal 24 a une section carrée adaptée à celle dans laquelle stinscrit la section de la structure papillon ; sa nature métallique et l'épaisseur de ses parois sont adaptées aux caractéristiques d'absorption désirées. L'une des extrémités de la structure papillon 1 et du fourreau 24 sont mises en correspondance. De l'autre côté, le caisson 24 s'étend au-delà de l'extrémité de la structure papillon 1, sur une longueur d. Cette longueur libre 24' de caisson est soumise en premier à la déformation ; elle sert d'initialisation et elle permet d'atténuer ou de supprimer le pic de flambage précité sur la courbe caractéristique force/déplacement de la structure. Les signes de référence insérés après les 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 1.- Structure d'absorption de chocs, caractérisée en ce qu'elle se présente sous la forme d'un profilé ou caisson allongé (1), de longueur adaptée, dont la section transversale correspond à au moins deux boucles fermées (2, 3), réunies entre elles. 2.- Structure d'absorption de chocs selon la revendication 1, caractérisée en ce que sa section transversale correspond à deux boucles (2, 3) symétriques par rapport à son plan médian (8, 15). 3.- Structure d'absorption de chocs selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que sa section transversale correspond à deux boucles (2, 3) réunies par une âme centrale rectiligne (4). 4.- Structure d'absorption de chocs selon la revendication 3, caractérisée en ce que sa section transversale correspond à deux boucles en forme de trapèzes (2, 3) réunis par leur base commune qui forme l'âme centrale (4). 5.- Structure d'absorption de chocs selon la revendication 4, caractérisée en ce que sa section transversale est inscrite dans un carré, un rectangle ou un polygone du type hexagone. 6.- Structure d'absorption de chocs selon la revendication 5, caractérisée en ce que la longueur de l'âme centrale (4) a une valeur minimale non nulle. 7.- Structure d'absorption de chocs selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comporte des raidisseurs (20) solidarisés dans un plan perpendiculaire à son axe longitudinal (21). 8.- Structure d'absorption de chocs selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comporte des fenêtres (23) aménagées sur la longueur des boucles (2, 3). 9.- Structure d'absorption de chocs selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée en ce qu'elle comporte des flancs latéraux (22) qui relient les extrémités des grandes bases (9 et 10) des trapèzes (2 et 3). 10.- Structure d'absorption de chocs selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle consiste en une structure mixte, constituée par l'assemblage de plusieurs types de matériaux. 11.- Structure d'absorption de chocs selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'elle est constituée de différents éléments assemblés (2, 3, 4, 20, 22, 24) d'épaisseur variable. 12.- Structure d'absorption de chocs selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce qu'elle est intégrée dans un fourreau ou caisson longitudinal (24) de longueur c supérieure, pour définir une extrémité libre (24') servant de caisson d'initialisation.