Brevet FR2711411A1 — publié le 19950428

Elément creux allongé élastique en flexion et/ou en torsion La présente invention concerne un élément creux allongé élastique en flexion et/ou en torsion. Un élément creux de ce type, par exemple un arbre de direc- tion de forme tubulaire destiné à un véhicule automobile ou une poutre sollicitée en flexion appartenant à une structure, est habituellement conçu pour une rigidité donnée qui ne peut être modifiée par la suite. Aussi, la charge maximale à ne pas dépasser est-elle un élément déter- minant pour le dimensionnement et le poids de l'élément creux; cela signifie que pour la situation de charge normale on doit admettre un surdimensionnement dudit élément creux. La présente invention a pour objectif de créer un élément creux du type indiqué en introduction qui est dimensionné pour la si- tuation de charge normale et dont la rigidité reste suffisante même dans une situation de charge maximale. Le problème est résolu conformément à l'invention par le fait que l'on utilise un élément creux en forme de tube à double paroi com- prenant une paroi intérieure à section transversale circulaire et une pa- roi extérieure à section transversale non circulaire concentrique à la paroi intérieure et maintenue écartée de celle-ci, les parois intérieure et extérieure définissant une cavité qui est remplie d'un liquide incom- pressible et la paroi extérieure pouvant être déformée dans le domaine élastique du matériau par élévation de la pression du liquide de maniè- re à tendre vers une section transversale circulaire ou jusqu'à obten- tion d'une telle section. Selon à une variante de l'invention on utilise une structure à double paroi comprenant une plaque plane et au moins une plaque qui présente dans la direction transversale un profil d'ondes ou un profil non plan similaire, les plaques définissant une cavité qui est remplie d'un liquide incompressible et la plaque à profil d'ondes pouvant être déformée dans le domaine élastique du matériau par élévation de la pression du liquide de manière à tendre vers la planéité ou jusqu'à ob- tention de celle-ci. Les deux solutions proposées reposent sur la même idée qui consiste à adapter la rigidité en flexion et/ou en torsion de l'élément creux à une variation de la sollicitation en élevant la pression du liqui- de à l'intérieur dudit élément creux, avec pour conséquence une modi- fication réversible de la forme de la paroi extérieure non circulaire du tube ou non plane de la plaque. En d'autres termes, un élément creux selon l'invention présente une rigidité variable sur laquelle on peut agir de manière contrôlée. De manière avantageuse, on peut déterminer à l'avance la courbe de contrôle grâce à l'épaisseur de la paroi exté- rieure non circulaire ou de la plaque non plane et, lorsque l'élément est réalisé en un matériau composite renforcé par fibres, grâce à l'orientation des fibres. Conformément à l'invention, l'augmentation de la pression du liquide est obtenue par application d'une pression pneumatique au- dit liquide, la pression du liquide pouvant être augmentée de manière dosée. Conformément à un mode de réalisation de l'invention, la paroi extérieure de la structure tubulaire a une section transversale el- liptique. Conformément à un mode de réalisation de l'invention, le li- quide provenant d'un réservoir de stockage est amené sous pression dans la cavité par l'intermédiaire d'une vanne. Le liquide peut égale- ment être ramené de la cavité dans le réservoir de stockage par l'inter- médiaire de ladite vanne. Conformément à un mode de réalisation de l'invention, le li- quide est alternativement introduit dans la chambre et évacué hors de la chambre par l'intermédiaire de la vanne. Conformément à un mode de réalisation de l'invention, la pa- roi intérieure de la structure délimite le réservoir de stockage. L'invention est décrite ci-après à l'aide de deux exemples de réalisation en se référant aux dessins. Ceux-ci représentent: figure 1, une partie d'un tube à double paroi dans deux états différents du point de vue de la rigidité en torsion, figure 2, une partie d'un barreau à double paroi dans deux états différents du point de vue de la rigidité en flexion. A la figure 1, un tube rigide en torsion qui peut être utilisé par exemple en tant qu'arbre de direction dans un véhicule comporte une double paroi qui est formée d'un tube intérieur 1 et d'un tube exté- rieur 2 concentrique au premier et maintenu écarté de celui-ci. Les tu- bes peuvent être par exemple en métal, tel que de l'aluminium ou en un matériau composite, tel qu'un matériau synthétique renforcé par fibres. A l'état non chargé, représenté sur la partie gauche de la figure, seul le tube intérieur 1 de l'élément tubulaire présente une section transversa- le circulaire; le tube extérieur 2, quant à lui a une section transversale elliptique. La cavité 3 entre les tubes intérieur et extérieur 1 et 2 est remplie d'un liquide incompressible, par exemple d'huile de silicone, c'est-à-dire d'un liquide qui présente un module de compression très élevé. Comme le montre la partie droite de la figure 1, on peut mo- difier la section transversale du tube extérieur 2 et se rapprocher de la forme circulaire en augmentant de manière adaptée, par le biais d'un apport de liquide, la pression du liquide contenu dans la cavité 3, c'est-à-dire en augmentant le volume de la cavité. Cette modification de la forme du tube extérieur 2 qui passe d'une section transversale el- liptique (à gauche) à une section transversale circulaire (à droite) a lieu dans le domaine élastique du matériau constituant le tube exté- rieur 2. Elle est donc réversible, et s'accompagne automatiquement d'une augmentation de la rigidité en torsion du tube. Ainsi donc, par une modification dosée de la pression du liquide, on peut opérer un ré- glage adapté de la rigidité en torsion; celle-ci peut être augmentée en service et modifiée dans le sens inverse, l'augmentation de la pression du liquide ne provoquant pas une déformation plastique du matériau du tube extérieur 2 et le tube extérieur 2 restant élastique. En ce qui concerne les deux faces frontales non représentées du tube intérieur et du tube extérieur 1 et 2, les configurations sui- vantes sont possibles en rapport avec la fonction du tube intérieur 1: - si le tube intérieur 1 agit uniquement comme tube de poussée, celui- ci peut être maintenu à l'intérieur du tube extérieur 2 fermé à ses deux extrémités à l'aide de moyens d'espacement qui assurent son centrage. Le tube intérieur peut aussi être lié rigidement, par exemple soudé, d'un côté au tube extérieur et former en soi un volume fermé. - si le tube intérieur 1 agit en outre comme élément de torsion, il est lié rigidement au tube extérieur 2, par exemple soudé, au niveau de ses deux faces frontales. La variation de pression, c'est-à-dire l'augmentation de la pression du liquide dans la cavité 3 du tube (constitué des tubes inté- rieur et extérieur 1, 2) est obtenue de préférence par des moyens hydro-pneumatiques. Par exemple à travers une vanne (non représen- tée) prévue sur le tube intérieur 1, on introduit dans la cavité 3 du li- quide provenant d'un réservoir de stockage en appliquant une pression pneumatique audit liquide. Le liquide est refoulé dans la cavité 3 à travers la vanne jusqu'à ce que l'on obtienne l'état recherché, c'est-à- dire l'augmentation recherchée de la rigidité en torsion. Naturellement, après une élévation de la pression, on peut à l'inverse renvoyer le li- quide dans le réservoir de stockage en ouvrant la vanne et provoquer ainsi une baisse de la pression dans la cavité avec pour conséquence une modification de la section transversale du tube extérieur 2 de ma- nière à tendre vers la forme elliptique, modification qui s'accompagne d'une diminution de la rigidité du tube en torsion. Ainsi donc, on peut avec une simple vanne (qui ne doit pas nécessairement être doseuse), en ouvrant et en fermant celle-ci, passer d'une rigidité en torsion élevée à une rigidité en torsion faible. La ri- gidité en torsion élevée résulte du fait que, lorsque la vanne est fer- mée, le liquide contenu dans la cavité 3 ne peut pas être refoulé hors du tube lors d'une torsion de celui-ci liée à une diminution de la surfa- ce en section transversale du tube extérieur 2. L'élévation de la pression du liquide qui en résulte empêche le tube extérieur 2 de se déformer. A l'inverse, le tube (formé des tubes intérieur et extérieur 1, 2) devient "souple" lorsqu'on ouvre la vanne. Ainsi, avec une vanne commandée de manière active, on peut modifier rapidement la rigidité en torsion du tube aux fins d'amortir ou d'exciter des vibrations, en fonction de l'utilisation du tube. Naturellement, suivant l'utilisation du tube, le réservoir de stockage du liquide peut être constitué par le tube intérieur 1 ou par une partie de celui-ci, ce qui permet de supprimer le réservoir exté- rieur séparé. Comme le montre la figure 2, l'invention n'est pas limitée à un tube rigide en torsion, ni à la modification de la rigidité en torsion d'éléments creux allongés. Elle peut être appliquée de la même maniè- re à des éléments de structure, utilisés par exemple dans la construc- tion aéronautique, en forme de barreau ou de plaque pour lesquels la rigidité en flexion est importante. Dans ce cas, il est prévu une struc- ture à double paroi qui est formée de deux plaques parallèles 4 et 5, l'une 4 des plaques étant plane et l'autre plaque 5 présentant un profil d'ondes ou similaire dans la direction transversale. Dans ce cas, com- me dans le cas du "tube", la cavité 6 entre les deux plaques 4, 5 est remplie d'un liquide incompressible au moyen duquel, de la manière décrite, la plaque 5 à profil en onde peut être déformée dans le domai- ne élastique du matériau par élévation de la pression du liquide de ma- nière à tendre vers la planéité ou jusqu'à obtention de celle-ci. Le des- sin de gauche (sur la figure 2) montre la position d'origine ou l'état non chargé de l'élément et le dessin de droite un état avec rigidité en flexion accrue, obtenu par une augmentation de la pression dans la ca- vité 6, par le biais d'un apport de liquide, accompagnée d'une modifi- cation du profil de la plaque 5. L'élévation de la pression entraîne une augmentation de la pente des flancs de la plaque et par conséquent de la rigidité en flexion (principe analogue à la poutre en T). La condi- tion pour l'augmentation de la pente des flancs est le profil d'onde pa- rallèle aux flancs de la plaque. Naturellement, les possibilités de configuration des faces frontales évoquées pour le mode de réalisation "tube" restent applica- bles au présent mode de réalisation selon l'invention " barreau ou plaque". REVENDICATIONS 1. Elément creux allongé élastique en flexion et/ou en tor- sion, caractérisé par une structure à double paroi comprenant une paroi intérieure (tube intérieur 1) à section transversale circulaire et une pa- roi extérieure (tube extérieur 2) à section transversale de forme diffé- rente concentrique à la paroi intérieure et maintenue écartée de celleci, les parois intérieure et extérieure (tube intérieur 1 et tube extérieur 2) définissant une cavité (3) qui est remplie d'un liquide incompressi- ble et la paroi extérieure (tube extérieur 2) pouvant être déformée dans le domaine élastique du matériau par élévation de la pression du liqui- de de manière à tendre vers une section transversale circulaire ou jus- qu'à obtention d'une telle section. 2. Elément creux élastique en flexion et/ou en torsion carac- térisé par une structure à double paroi comprenant une plaque plane (4) et au moins une plaque (5) qui présente dans la direction transver- sale un profil d'ondes ou un profil non plan similaire, les plaques (4, ) définissant une cavité (6) qui est remplie d'un liquide incompressi- ble et la plaque à profil d'ondes (5) pouvant être déformée dans le do- maine élastique du matériau par élévation de la pression du liquide de manière à tendre vers la planéité ou jusqu'à obtention de celle-ci. 3. Elément creux selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par l'application d'une pression pneumatique au liquide. 4. Elément creux selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la paroi extérieure (tube extérieur 2) a une section transversa- le elliptique. 5. Elément creux selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé par le fait que la pression du liquide est augmentée de manière dosée. 6. Elément creux selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 5, caractérisé par le fait que le liquide provenant d'un réservoir de stockage est amené sous pression dans la cavité (3 ou 6) par l'intermé- diaire d'une vanne. 7. Elément creux selon la revendication 6, caractérisé par le fait que du liquide peut être ramené de la cavité (3 ou 6) dans le réser- voir de stockage par l'intermédiaire de la vanne. 8. Elément creux selon les revendications 6 et 7, caractérisé par le fait que le liquide peut être alternativement introduit dans la chambre et évacué hors de la chambre par l'intermédiaire de la vanne. 9. Elément creux selon les revendications 1 et 6, caractérisé par le fait que la paroi intérieure (tube intérieur 1) constitue le réser- voir de stockage.