Brevet FR2758597A1 — publié le 19980724

"Elément d'assemblage pour assembler des barres de différents diamètres, procédé de fabrication de ces éléments d'assemblage et élément de structure long" L'invention Concerne un élément d'assemblage pour assembler des barres de différents diamètres parmi lesquelles au moins la plus grande est une barre creuse au moins dans la zone d'assemblage, la section de l'élément d'assemblage étant construite en forme d'anneau10 de cercle, le diamètre extérieur de l'élément d'assemblage en forme d'anneau de cercle correspondant au diamètre intérieur de la barre ayant le plus grand diamètre, et le diamètre intérieur de l'élé ent d'assemblage en forme d'anneau de cercle correspondant au15 diamètre extérieur de la barre ayant le plus petit diamètre. L'invention concerne également un procédé de fabrication de ces éléments d'assemblage et un élément de structure long comportant ces éléments d'assemblage. On connaît de nombreuses formes de réalisation d'éléments d'assemblage destinés à assembler des barres. DE 43 30 857 C2 propose par exemple un élément d'assemblage qui est construit en un matériau composite contenant des fibres de carbone et avec lequel des barres transversales ou diagonales peuvent être raccordées à un25 longeron continu dans des charpentes. On connaît par DE 34 47 990 C2 un élément d'assemblage pour un assemblage collé entre deux barres présentant un certain angle l'une par rapport à l'autre et ayant des sections rondes.30 Mais on rencontre aussi le cas o des barres doivent être raccordées l'une à l'autre non pas de manière transversale ou diagonale mais l'une à la suite de l'autre. En plus des raccords standards, par exemple au moyen de manchons ou par soudage, on a aussi besoin35 d'assembler des barres de différents diamètres, ces 2 assemblages étant soumis à des charges non négligeables. Des barres courtes, pour lesquelles un flambage peut être exclu, ont la plus grande charge admissible de pression. Pour des barres longues dépassant une longueur critique, la charge admissible maximale diminue avec le carré de la longueur. Si on veut aussi éviter un flambage de la barre pour des longueurs plus grandes, ceci ne peut alors se faire qu'avec une plus grande rigidité en flexion E x I au milieu de la barre. Une augmentation de10 la rigidité en flexion pourrait donc être atteinte en augmentant le moment d'inertie I ou en augmentant le coefficient d'élasticité E, c'est-à-dire une grandeur caractéristique du matériau. Une augmentation du diamètre de la barre entraîne pour des sections tubulaires une15 augmentation du moment d'inertie, dans laquelle elle intervient avec une puissance trois, donc avec une très grande efficacité. Mais si, à cause du risque de flambage, on choisissait en moyenne de plus grands diamètres de barres, on devrait prévoir aux extrémités des moyens d'application de forces d'autant plus grands. Ces moyens d'application de forces sont considérablement surdimensionnés et augmentent donc nettement la masse de la barre.25 On connaît par DE-AS 1 475 036 un élément d'assemblage en matière plastique pour l'assemblage coaxial d'un arbre à un tube et un procédé pour sa fabrication. Cet élément d'assemblage est placé radialement entre l'arbre et le tube et sa circonférence30 extérieure est munie de bosses annulaires qui sont espacées le long de l'axe et qui sont déformables de façon élastique à l'état monté. L'arbre, qui a ici le diamètre le plus petit, est glissé à travers l'élément d'assemblage qui est ensuite lui-même glissé à35 l'intérieur du tube. Ce faisant, les bosses annulaires 3 disposés radialement vers l'extérieur sont déformées et coincent aussi l'élément d'assemblage dans le tube. Cette construction est très lourde et assez peu résistante à la poussée. Les anneaux circulaires déformables de façon5 élastique restent dans leur état déformé et donc fragile et ils sont donc sensibles à des contraintes changeantes ou différentes. Des moyens auxiliaires supplémentaires doivent être prévus contre un enfoncement dans le sens d'introduction initial.10 Un tube comportant un assemblage par enfoncement indétachable selon DE-GM 74 17 689 a aussi des inconvénients analogues. L'assemblage par enfoncement proposé sert à un raccord rapide indétachable de deux tubes entre eux ou avec un corps cylindrique. Il est15 prévu un élément de blocage qui a la forme d'un corps creux cylindrique avec plusieurs arêtes de blocage agencées sur une surface latérale et dépassant axialement vers l'intérieur ou, dans le sens contraire, vers l'extérieur. Ici aussi, on produit une rugosité20 artificielle supplémentaire partiellement élastique qui doit tenir ensemble la surface intérieure d'un tube ayant le plus grand diamètre et la surface extérieure d'un tube ayant le plus petit diamètre. A nouveau, les masses sont considérables et la fabrication n'est pas sans25 complications car des languettes de blocage doivent être découpées vers l'intérieur et vers l'extérieur. L'objet de l'invention est donc de proposer un élément d'assemblage destiné à assembler des barres de différents diamètres et permettant une réduction de la masse. L'élément d'assemblage selon l'invention résout le problème en prévoyant des segments de mousse dont les sections forment des secteurs d'anneau de cercle et en séparant les segments de mousse les uns des autres à35 chaque fois par des parois de poussée. A l'aide d'une telle pièce de raccord, les forces longitudinales d'une barre de petit diamètre peuvent être transmises dans une barre de grand diamètre, et naturellement aussi inversement. On peut donc assembler de manière concentrique des barres de différents diamètres. L'élément d'assemblage est également bien plus léger que les constructions selon l'état de la technique. Cette pièce de raccord, aussi appelée raccord réducteur, a des segments de mousse dont les sections représentent des secteurs d'anneau de cercle. Ces secteurs d'anneau de cercle sont séparés les uns des autres par des parois de poussée. L'ensemble de l'anneau de cercle est agencé de manière concentrique entre les deux barres qui se chevauchent dans la zone de raccord,15 c'est-à-dire la barre "mince" et la barre "épaisse". Les nervures de poussée se chargent alors de la transmission de force de la barre mince à la barre épaisse. La pièce de raccord, c'est-à-dire l'élément d'assemblage, peut alors être assemblée par frottement à chaque fois à la surface intérieure de la barre extérieure, c'est-à-dire la plus grande, mais aussi de façon analogue à la surface extérieure de la barre intérieure, c'est-à-dire la plus petite, et elle est aussi assemblée à l'état monté.25 Dans le cas de l'utilisation d'un matériau composite renforcé par des fibres, on obtient comme assemblage par frottement de l'élément d'assemblage avec les deux barres un collage qui est très sûr et en même temps de construction économique et simple.30 Les nervures de poussée entre les segments de mousse sont formées de préférence par le fait que les segments de mousse sont recouverts à chaque fois d'un tuyau en tissu de fibres, les tuyaux en tissu de fibres de deux segments de mousse adjacents formant à chaque fois la35 paroi de poussée située entre les segments de mousse. Chaque segment de mousse en forme d'anneau de cercle est donc recouvert d'un tuyau en tissu de fibres. Ce tuyau en tissu de fibres est de préférence un tuyau en tissu de fibres de carbone mais il peut aussi être5 constitué de plusieurs couches. A chaque fois, deux tuyaux en tissu de fibres se retrouvent donc agencés parallèlement l'un à l'autre entre deux segments de mousse, et ce dans toute la zone o ces deux segments de mousse se touchent.10 Les nervures de poussée s'étendent donc de préférence radialement de la barre intérieure mince vers la barre extérieure épaisse. La plus grande résistance ou rigidité à la poussée est obtenue lorsque les fibres des tuyaux en tissu de fibres forment un tissu dans lequel les fibres forment un angle de 45 avec le sens de la longueur des barres. La division de l'anneau de cercle en un certain nombre de secteurs ou segments est une question relevant du dimensionnement global des barres. On préfère en fait20 que ce nombre soit égal à 4 ou 6. Dans la plupart des cas d'application, ce nombre représente une combinaison optimale d'une part de l'application de forces et d'autre part de la complexité et de la simplification de fabrication pour l'élément d'assemblage.25 Une division plus fine entraîne une application de forces plus uniforme mais le nombre plus grand de tuyaux en tissu de fibres rend l'élément d'assemblage plus complexe. On préfère en outre, pour permettre une transition plus régulière de la barre épaisse à la barre mince, que les éléments d'assemblage soient ou se terminent en forme de cônes. Ainsi, la barre extérieure ayant le plus grand diamètre passe en une transition plus douce de son extrémité à la surface extérieure de la barre intérieure35 ayant le plus petit diamètre. La barre intérieure pénètre 6 alors dans la barre extérieure de telle sorte qu'il se forme une zone de chevauchement. De plus, on préfère encore prévoir un autre tuyau en tissu de fibres qui recouvre toute la zone de raccord. On donne ainsi en plus à la barre une certaine rigidité en torsion. Les tuyaux en tissu de fibres sont aussi susceptibles, par leur construction, de s'adapter aux différents diamètres des barres. Dans une variante, l'autre tuyau en tissu de fibres peut aussi recouvrir l'élément d'assemblage mais être alors placé avec celui-ci dans la barre extérieure. Il se formerait alors une arête à l'extrémité de la barre extérieure. Enfin, on préfère fabriquer les éléments d'assemblage selon un procédé lors duquel on fabrique les éléments d'assemblage sous forme de barre longue de section constante que l'on coupe seulement ensuite en plusieurs pièces. Ce procédé est très intéressant du point de vue de la technique de fabrication car les produits que sont des barres longues de section constante peuvent être fabriqués relativement facilement et être ensuite facilement coupés en plusieurs pièces. On peut aussi concevoir la barre longue globalement avec les tuyaux en25 tissu de fibres intégrés. Les éléments d'assemblage du type selon l'invention sont particulièrement intéressants en relation avec des éléments d'application de forces pour des barres en matériau composite renforcé par des fibres qui sont connues par exemple par DE 41 35 695 C2. Cette publication décrit des éléments d'application de forces à haute charge admissible dont la résistance aux pressions ne peut toutefois être complètement exploitée qu'avec de courtes barres. Dans le cas de barres longues soumises au35 risque de flambage, on peut maintenant produire 7 globalement des barres longues à haute charge admissible en raccordant des barres de diamètres plus grands. Ceci est possible sans problème avec les pièces de raccord, c'est-à- dire les éléments d'assemblage, décrites ci-dessus. Celles-ci sont alors construites de préférence en des matériaux composites renforcés par des fibres. C'est justement dans ce cas que l'on devrait prévoir sinon des applications de forces d'autant plus grandes qui ne seraient en fait pas nécessaires pour la barre10 longue voulue. L'utilisation, considérée ici, d'éléments d'assemblage pour l'assemblage concentrique et par chevauchement de deux barres de diamètres différents conduit au contraire à une barre très longue, globalement15 très légère et malgré tout à haute charge admissible. Les diamètres de cette barre varient selon les demandes, les tronçons de barre respectifs étant assemblés avec les éléments d'assemblage selon l'invention. On obtient de cette manière un élément de structure long, constitué d'au moins deux barres qui sont raccordées dans le sens de la longueur et qui sont assemblées par l'intermédiaire d'éléments d'assemblage correspondant aux considérations précédentes. Ce faisant, on peut considérer en particulier un élément de structure25 long qui comporte deux barres de diamètres relativement petits et, entre ces deux barres, une troisième barre de diamètre relativement plus grand, les axes de ces barres étant identiques et alignés les uns sur les autres dans le sens de la longueur. Les raccords entre les différents diamètres sont alors formés par les éléments d'assemblage. Les éléments d'assemblage sont alors assemblés aux barres à chaque fois par frottement, à savoir l'élément d'assemblage à l'extérieur avec la surface intérieure de35 la barre extérieure et l'élément d'assemblage à 8 l'intérieur avec la surface extérieure de la barre intérieure. Cet assemblage par frottement est mis en oeuvre notamment comme un assemblage par collage. Comme domaine d'application, on s'intéresse surtout à des barres construites en des matières plastiques renforcées par des fibres de carbone. Mais on peut aussi envisager d'assembler ainsi des barres en aluminium de différents diamètres. Toutefois, on préférerait alors, à la place de l'enveloppement des segments de mousse avec10 des tuyaux en tissu de fibres qui sont imprégnés de résine, une construction des parois de poussée en aluminium. Dans ce cas, les segments de mousse servent aussi à empêcher le gauchissement des parois de poussée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une vue en perspective de la zone d'assemblage de deux barres; la figure 2 est une vue en coupe le long de la ligne II-II de la figure 1; et la figure 3 est une vue en coupe d'une forme de réalisation légèrement modifiée. Une barre 10 de petit diamètre se trouve à gauche à la figure 1. On voit que sa section 11 est remplie de matière, il ne s'agit donc pas d'une barre creuse mais ce cas serait aussi possible. La barre 10 est cylindrique et a un diamètre extérieur 12, c'est-à-dire une surface extérieure ronde correspondante.30 Cette barre 10 doit maintenant être assemblée à une autre barre 20 ayant un diamètre plus grand. La barre 20 est une barre creuse, ce qui peut être déduit du tracé en tirets de la section 21 à droite à la figure 1. Aussi bien le diamètre extérieur 22 que le diamètre intérieur35 23 de la barre creuse 20 sont plus grands que le diamètre 9 extérieur 12 de la barre intérieure 10. La barre 20 est aussi cylindrique et elle est construite de préférence comme la barre 10 en un matériau composite renforcé par des fibres.5 Pour assembler les barres 10 et 20, on utilise un élément d'assemblage 30. Cet élément d'assemblage 30 a sur la plus grande partie de sa longueur une section 31 constante qui est visible en particulier à la figure 2. Le diamètre extérieur de l'élément d'assemblage 30 est10 aussi grand que le diamètre intérieur 23 de la barre extérieure 20 et, à la figure 1, il est assemblé par frottement, par exemple collé à celui-ci. A la figure 2, on peut aussi voir l'anneau le plus à l'extérieur avec le diamètre extérieur 22 et le diamètre intérieur 23 de la15 barre 20, de même à la figure 3. L'élément d'assemblage 30 est surtout constitué, notamment du point de vue des volumes, de plusieurs segments de mousse 32. Ces segments de mousse sont en forme de segments d'anneau de cercle; ce faisant, les20 différents segments sont bien à voir comme des segments mathématiquement exacts dans les formes de réalisation dessinées aux figures 2 et 3. Ceci signifie que leurs bords sont à chaque fois radialement adjacents les uns aux autres.25 Les différents segments de mousse 32 sont séparés à chaque fois les uns des autres par des parois de poussée 33 radiales correspondantes. On pourrait aussi envisager une autre construction non radiale. Ces parois de poussée 33 s'étendent de la surface intérieure de l'élément d'assemblage 30 jusqu'à sa surface extérieure, elles assemblent donc la barre intérieure 10 à la barre extérieure 20 et servent à la transmission des forces. Les parois de poussée 33 sont formées par le fait que chaque segment de mousse 32 est entouré d'un tuyau en tissu de fibres 34. Ce tuyau en tissu de fibres 34 peut être constitué pour sa part de plusieurs couches. Les tuyaux en tissu de fibres 34 de deux segments de mousse 32 adjacents ou voisins l'un de l'autre forment alors à chaque fois la paroi de poussée 33. Les tuyaux en tissu de fibres 34 forment naturellement aussi exactement les deux zones qui reposent à l'extérieur sur la surface extérieure ou le diamètre extérieur 12 de la barre intérieure 10 et qui10 s'appuient à l'intérieur sur la surface intérieure ou le diamètre intérieur 23 de la barre extérieure 20. Elles ont donc une fonction multiple. On peut voir ces détails notamment aux figures 2 et 3. Le nombre des segments de mousse est de quatre dans la forme de réalisation de la15 figure 2 et six dans le forme de réalisation de la figure 3. On a naturellement exactement le même nombre de parois de poussée 33. Les tuyaux en tissu de fibres 34 sont imprégnés de résine. Cette imprégnation peut s'effectuer avant que les tuyaux en tissu de fibres soient enfilés sur les segments de mousse 32 ou bien après. Le durcissement ultérieur entraîne ensuite la rigidification des parois de poussée 33. On voit encore à la figure 1 que la section 31 de l'élément d'assemblage 30 diminue de droite à gauche de manière à former une zone conique 36. Vue de droite, cette zone conique 36 commence exactement à l'endroit o la barre extérieure 20 se termine et son diamètre diminue de façon régulière et continue jusqu'à atteindre le30 diamètre extérieur 12 de la barre 10 plus petite. En outre, la barre 10 plus petite s'étend naturellement sur un certain tronçon 15 à l'intérieur de la barre extérieure 20, ce qui est aussi bien visible à la figure 1. A l'extérieur, la zone de raccord, c'est-à-dire la il zone conique 36, mais aussi les tronçons directement adjacents de la barre intérieure 10 et de la barre extérieure 20, sont entourés d'un tuyau en tissu de fibres 40. Ce dernier donne la rigidité en torsion à5 l'ensemble de la zone de raccord et protège aussi la partie de l'élément d'assemblage 30 qu'il entoure. On n'a pas dessiné une variante possible dans laquelle le tuyau en tissu de fibres 40, lui aussi imprégné de résine, comme exposé plus haut, entoure10 également tout l'élément d'assemblage. Cependant, il est alors collé avec celui-ci dans la barre creuse 20, c'est- à-dire que le tuyau en tissu de fibres 40 est collé avec sa surface extérieure à la surface intérieure de la barre extérieure 20. Il se forme certes dans cette variante une15 arête en forme de gradin à l'extrémité de la barre 20 mais cette arête ne nuit pas à la rigidité de la structure ni aux autres avantages de l'invention. Bien que l'invention ait été particulièrement exposée et décrite en se référant à un mode de réalisation préféré de celle-ci, l'homme de l'art dans cette technique comprend aisément que des modifications dans la forme et dans des détails peuvent être effectuées sans sortir de l'esprit ni du domaine de l'invention. REVENDICATIONS 1. Elément d'assemblage pour assembler des barres (10, 20) de différents diamètres parmi lesquelles au moins la plus grande barre (20) est une barre creuse au moins dans la zone d'assemblage, la section (31) de l'élément d'assemblage (30) étant construite en forme d'anneau de cercle, le diamètre extérieur de l'élément d'assemblage (30) en forme d'anneau de cercle correspondant au diamètre intérieur (23) de la barre (20) ayant le plus grand diamètre, et le diamètre intérieur de l'élément d'assemblage (30) en forme d'anneau de cercle correspondant au diamètre extérieur (12) de la barre (10) ayant le plus petit diamètre, caractérisé en ce qu' il est prévu des segments de mousse (32) dont les sections forment des secteurs d'anneau de cercle, et en ce que les segments de mousse (32) sont séparés à chaque fois les uns des autres par des parois de poussée (33). 2. Elément d'assemblage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les segments de mousse (32) sont recouverts à chaque fois par un tuyau en tissu de fibres (34) imprégné de résine, les tuyaux en tissu de fibres (34) de deux segments de mousse (32) adjacents formant à chaque fois la paroi de poussée (33) située entre les segments de30 mousse (32). 3. Elément d'assemblage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément d'assemblage avec les zones adjacentes des barres (10, 20) est recouvert à l'extérieur par un autre 13 tuyau en tissu de fibres (40) imprégné de résine. 4. Elément d'assemblage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément d'assemblage est recouvert par un autre tuyau en tissu de fibres (40) imprégné de résine et est introduit avec celui-ci dans la barre extérieure (20) ayant le plus grand diamètre. 5. Elément d'assemblage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fibres des tuyaux en tissu de fibres (34) forment un tissu dans lequel les fibres forment un angle de 45 avec le sens de la longueur des barres.15 6. Elément d'assemblage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu' il est prévu de préférence quatre ou six segments de mousse (32). 7. Elément d'assemblage selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu' il comporte d'un côté une zone conique (36) avec laquelle la transition de la barre (20) ayant le plus grand diamètre à la barre (10) ayant le plus petit diamètre peut être régulière. 8. Procédé de fabrication d'un élément d'assemblage selon l'une quelconque des revendications précédentes,30 caractérisé en ce que les éléments d'assemblages sont fabriqués sous forme de barre longue de section constante que l'on coupe seulement ensuite en plusieurs pièces. 9. Elément de structure long constitué d'au moins deux barres qui sont raccordées dans le sens de la longueur et qui sont assemblées par l'intermédiaire d'éléments d'assemblage selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.