Brevet FR2720795A1 — publié le 19951208

! "Barres droites de transmission de forces longitudinales à base de matériaux composites renforcés" La présente invention concerne une barre droite transmettant des forces longitudinales qui se compose de deux ou plusieurs barres partielles coaxiales qui sont respectivement reliées par un manchon en les assemblant bout à bout. Par DE 1 871 814 El, on sait relier des tuyaux métalliques en les assemblant bout à bout par un manchon enfilé sur les extrémités lisses des tuyaux et empiétant sur l'emplacement du joint, manchon qui est relié par collage aux extrémités des tuyaux. Pour les conduites en cuivre, on sait faire la jonction entre les extrémités des tuyaux et le manchon par brasure. Par DE 38 18 066 A1, on sait relier entre eux des tuyaux en carbone ou graphite sur un plan coaxial par collage. Les tuyaux sont alors munis à l'avant de cônes qui s'emboîtent et collés entre eux sur les faces des cônes. Une manchette en fibres de carbone imprégnée d'un thermoplastique est étirée sur l'extrémité extérieure de la fente conique. La manchette est alors enroulée de préférence sur les tuyaux. Par DE 23 26 628, on connaît un raccord fait de coques de manchon collées pour tuyaux et éléments tubulaires. Les parties d'arête juxtaposées des coques de manchon conçues de facon rigide sont agencées de telle manière qu'elles se chevauchent pour agrandir la surface d'adhérence du point de jonction. Des barres d'une grande résistance à la flexion à base de matériaux composites renforcés avec des fibres avec une paroi mince sont des matériaux idéals pour des constructions allégées, notamment dans les secteurs de l'aéronautique et de l'astronautique. Avec de telles barres, on peut fabriquer par exemple des treillis à trois dimensions avec un faible poids comme ceux décrits dans DE 42 30 857. Dans l'aéronautique et l'astronautique, on exige de telles poutres avec de grandes longueurs, par exemple des longueurs supérieures à 10 m. Des barres de cette longueur avec des diamètres de l'ordre de 20 mm ne peuvent être fabriquées en un seul bloc qu'avec de gros moyens en appareillage. Un problème est alors en particulier le durcissement dans la position rectiligne nécessaire. Des barres plus courtes avec des longueurs allant jusqu'à 6 m peuvent être fabriquées de façon avantageuse avec la haute précision exigée. De telles barres ne peuvent être utilisées avec des structures portantes de grande longueur que si elles peuvent être assemblées en barres de longueur assez grande avec de faibles écarts de rigidité. L'assemblage de barres de longueur assez courte en barres de longueur assez grande peut entraîner par exemple des avantages au niveau de la technique de fabrication même pour la fabrication de poutres en treillis. L'objectif de l'invention est un moyen pour assembler de façon simple des barres individuelles à base de matériaux composites renforcés avec des fibres avec une grande résistance à la flexion et une paroi mince en barres de grande longueur au moyen d'un raccord par manchon sans écart important de rigidité. Ce problème est résolu par un assemblage composé de deux ou plusieurs barres partielles coaxiales qui sont respectivement reliées par un manchon en les assemblant bout à bout, caractérisé en ce que on prévoit comme barres partielles des barres très résistantes à la flexion à base de matériaux composites renforcés avec des fibres, avec une paroi mince, au point de jonction, on colle comme manchon à l'extérieur un manchon de liaison à paroi mince, fendu le long d'une génératrice parallèle à l'axe, à base de matériaux composites renforcés avec des fibres, qui présente une couche intérieure à base de fibres unidirectionnelles, parallèles à l'axe et réparties à la périphérie, dont la rigidité correspond pour l'essentiel à la rigidité de la couche des fibres unidirectionnelles, transmettant les forces longitudinales, des forces partielles et qui présente à l'extérieur sur la couche intérieure à base de fibres unidirectionnelles un enroulement de fibres avec des fibres se croisant par rapport à l'axe sous un angle supérieur à 20 et à l'extérieur, sur le manchon de liaison, un tuyau en tissu de fibres à base de fibres à haute résistance est stratifié dans une matrice de résine synthétique, tuyau qui s'étend des deux côtés sur les extrémités du manchon de liaison et est stratifié dans les zones dépassant à l'extérieur sur les barres partielles. Des barres assemblées selon l'invention peuvent être utilisées comme barres de longeron pour les structures porteuses très étendues. Cependant, les barres peuvent être utilisées également dans des tiges de commande transmettant des forces de traction et de pression dans lesquelles ces barres sont guidées radialement par des logements appropriés et sont donc à l'abri de contraintes de flambage. La réalisation de la barre en plusieurs parties rendue possible par l'assemblage peut présenter également des avantages lors du montage. Avec une barre selon l'invention, les éléments de barre à raccorder peuvent être aussi par exemple des éléments de barre qui sont réalisés à une extrémité avec des éléments de raccordement. De tels éléments de barre réalisés avec des éléments de raccordement peuvent être fabriqués pratiquement en continu par exemple dans des longueurs assez courtes avec des éléments de raccordement disposés des deux côtés, comme il est décrit dans DE 41 35 695 A1. De telles longueurs de barre réalisées avec des éléments de raccordement peuvent alors être raccordées ultérieurement, par exemple également sur une structure porteuse réalisée avec les barres transversales et les barres diagonales. Avec des assemblages selon l'invention, on peut également relier entre elles des sections partielles de telles structures porteuses, ce qui permet d'escompter des allégements de montage avec des structures porteuses très étirées en longueur. Ceci peut être aussi un avantage dans les cas o il n'y a pas de problème en ce qui concerne la fabrication de barres. Un avantage important réside dans le faible poids et le faible volume de l'assemblage en liaison avec une forte capacité de charge de l'assemblage. L'invention est illustrée par exemple sur le dessin et décrite ci- dessous dans le détail à l'aide du dessin. La figure 1 montre en coupe longitudinale un assemblage entre deux barres partielles au moyen d'un manchon de liaison extérieur. La figure 2 montre un manchon de liaison en vue latérale. La figure 3 montre le manchon de liaison selon la figure 2 vu de l'avant gauche. La figure 4 montre le manchon de liaison dans un état déplié pour le montage. La barre représentée sur la figure 1 est composée de deux barres partielles 4, 6 coaxiales ou plus qui sont représentées ici sous la forme de barres à paroi mince et sont reliées assemblées bout à bout. Une liaison entre deux barres partielles coaxiales est représentée sur la figure 1. Les parois des barres partielles 4,6 sont en plastiques renforcés avec des fibres. Comme fibre, on peut utiliser de façon connue de la fibre de verre, de la fibre de carbone ou de la fibre plastique très résistante. Elles doivent présenter au moins une couche faite de fibres unidirectionnelles qui s'étendent parallèlement à l'axe 10 de la barre et absorbent les forces de traction et de pression. Cette couche de fibres unidirectionnelles est masquée par une couche de fibres avec des fibres se croisant sous un angle par rapport à l'axe 10, de préférence avec un angle supérieur à 20 par rapport à l'axe 10. Ces deux couches de fibres, pour lesquelles on peut utiliser également des fibres différentes, sont enrobées dans une matrice de résine synthétique et forment ensemble dans une construction composite renforcée avec des fibres, le corps de barre 12 tubulaire. La paroi tubulaire repose de façon connue, dans l'exemple de réalisation représenté, sur un noyau en mousse résistant à la pression qui est réalisé de telle sorte qu'il présente une grande résistance à la déformation dans le sens transversal à I'axe 10. Les barres peuvent cependant être réalisées également sans noyau et être fabriquées par exemple selon la technique d'enroulement connue ou également sous la forme de tuyaux soumis à une pultrusion. Les fibres transmettant les forces longitudinales peuvent également être les fibres d'une gaine tressée à base de fibres qui est disposée avec une grande extension avec un angle des fibres inférieur à +/- 15 par rapport à l'axe de la barre. Au point de jonction, les deux barres partielles 4 et 6 sont séparées transversalement à leur axe 10. Elles peuvent se toucher par leurs faces 14. Cependant, on prévoit de préférence un espace. Pour relier les deux barres partielles 4, 6, il est prévu un manchon de liaison 16 qui entoure les deux barres partielles à l'extérieur et s'appuie dans la zone de liaison et est collé à la face externe des barres partielles à relier. La longueur du manchon de liaison est choisie de telle façon que les extrémités de la barre sont recouvertes respectivement sur une zone L égale à au moins 2D. Sur le manchon de liaison 16, on stratifie un tuyau flexible à base de tissu en fibres 18, qui est de préférence en fibres de carbone et est enrobé dans une matrice de résine synthétique. Ce tuyau dépasse des extrémités du manchon de liaison respectivement sur une longueur L. Dans cette zone, la gaine tressée en fibres 18 est stratifiée sur la face externe des barres partielles. Le manchon de liaison 16 est un élément composite renforcé avec des fibres avec une couche 20 interne à base de fibres unidirectionnelles parallèles à l'axe et une couche 22 disposée au- dessus à base d'un treillis de fibres mince, par exemple une gaine tressée en fibres à base de fibres de verre. Comme résultat de la fabrication du manchon de liaison 16, on peut fabriquer une barre avec un noyau en mousse résistant à la pression et, disposées dessus, les deux couches de fibres mentionnées dans une technique composite avec renforcement par des fibres. A partir d'une telle barre, on peut détacher alors des longueurs en fonction de la longueur exigée du manchon de liaison. En partant de ces tronçons de barre, on vide alors le noyau en mousse 8. Le manchon de forme tubulaire ainsi formé est coupé le long d'une génératrice 24 parallèle à l'axe, puis déplié d'au moins 90 , mais de préférence de 180 , comme représenté sur la figure 4. Il se brise alors dans la couche des fibres unidirectionnelles principalement en face de la coupe de séparation 24. Les deux parties restent reliées à la façon d'une charnière par la couche de tissu 22 extérieure. L'emplacement de la rupture et donc de l'assemblage à la façon d'une charnière ne pose pas de problème. Pour la cohérence des fibres unidirectionnelles, on peut prévoir également un enroulement circonférentiel au lieu d'un tuyau en tissu. Après l'application de la colle sur la face externe des deux barres partielles 4, 6 et/ou la face interne du manchon de liaison 16, le manchon de liaison déplié peut être posé sur les barres partielles et recourbé à nouveau pour avoir la forme tubulaire initiale. Par un dimensionnement approprié du diamètre intérieur du manchon de liaison, on peut respecter alors une épaisseur de colle souhaitée. Le manchon de liaison 16 est réalisé de telle façon que la solidité des fibres unidirectionnelles de la couche de fibres 20 corresponde pour l'essentiel à la résistance longitudinale des deux barres partielles 4, 6. Par le manchon de liaison 16, on fait coulisser un tronçon de tuyau en tissu 18 enfilé auparavant sur l'une des barres partielles 4, 6, à base de fibres à haute résistance, de préférence des fibres de carbone, et on le stratifie sur la face externe du manchon de liaison 16 et les zones L' limitrophes des deux barres partielles 4, 6. Le tuyau stratifié en tissu de fibres atténue les écarts de rigidité sur les deux extrémités du manchon de liaison. Des manchons de liaison comme ceux représentés sur les figures 2 à 4 peuvent être utilisés également pour la réparation en cas de dégâts matériels sur les barres en appliquant un manchon de liaison de longueur appropriée sur les tronçons endommagés. Dans le cas d'une réparation, on peut enlever également un tronçon très endommagé d'une barre et insérer alors une barre appropriée dans la barre endommagée au moyen de deux manchons de liaison. Dans le cas présent, on peut également insérer et stratifier des tronçons appropriés de tuyau en tissu. Bien entendu, I'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Barre droite transmettant des forces longitudinales composée de deux ou plusieurs barres partielles coaxiales qui sont respectivement reliées par un manchon en les assemblant bout à bout, caractérisé en ce que on prévoit comme barres partielles (4,6;4',6') des barres très résistantes à la flexion à base de matériaux composites renforcés avec des fibres, avec une paroi mince, l0 au point de jonction, on colle comme manchon à l'extérieur un manchon de liaison (16) à paroi mince, fendu le long d'une génératrice (14) parallèle à l'axe, à base de matériaux composites renforcés avec des fibres, qui présente une couche (20) intérieure à base de fibres unidirectionnelles, parallèles à l'axe et réparties à la périphérie, dont la rigidité correspond pour I'essentiel à la rigidité de la couche des fibres unidirectionnelles, transmettant les forces longitudinales, des forces partielles et qui présente à l'extérieur sur la couche intérieure à base de fibres unidirectionnelles un enroulement de fibres avec des fibres se croisant par rapport à l'axe (10) sous un angle supérieur à 20 et à l'extérieur, sur le manchon de liaison (16), un tuyau en tissu de fibres (18) à base de fibres à haute résistance est stratifié dans une matrice de résine synthétique, tuyau qui s'étend des deux côtés sur les extrémités du manchon de liaison (16) et est stratifié dans les zones dépassant à l'extérieur sur les barres partielles. 2. Barre selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le manchon de liaison (16) présente une longueur égale à au moins 4D des barres partielles. 3. Procédé pour la fabrication d'un manchon de liaison pour barres selon la revendication 1, caractérisé en ce que, en partant d'une barre munie d'un noyau en mousse résistant à la pression avec un diamètre correspondant au diamètre extérieur des barres partielles (4,6) à relier et d'une paroi mince reposant dessus faite dans un matériau composite renforcé avec des fibres avec une couche, reposant sur le noyau en mousse, de fibres unidirectionnelles parallèles à l'axe et une couche extérieure avec des fibres se croisant sous un angle supérieur à 20 par rapport à l'axe de la barre, on enlève le noyau en mousse, on coupe la paroi du manchon ainsi constitué le long d'une génératrice parallèle à l'axe et on déplie le manchon de façon que la couche de fibres (20) unidirectionnelle se casse dans la zone située en face de la séparation (24) parallèlement aux fibres unidirectionnelles.