Brevet FR2787537A1 — publié le 20000623

- L'invention concerne une structure d'amortissement de choc par déformation mécanique, ladite structure étant de forme allongée selon une direction de choc et comportant des plaques longitudinales extérieures dont au moins deux paires comprennent chacune deux plaques qui sont situées sur des côtés opposés de la structure et qui s'étendent sensiblement symétriquement par rapport à un plan médian respectif parallèle à la direction de choc. L'invention s'applique en particulier aux véhicules ferroviaires. Les cahiers des charges des véhicules transportant des per- sonnes et notamment ferroviaires exigent la présence de telles structures d'amortissement de choc capables, grâce à une déformation mécanique programmée, d'absorber de l'énergie en cas d'accident pour préserver des vies humaines et du matériel. Les exigences de capacité d'absorption d'énergie pour de tel- les structures sont de plus en plus élevées alors qu'on cherche simultané- ment à réduire les masses des véhicules. De telles structures d'amortissement de choc doivent donc être légères et résister aux efforts statiques. De plus, lors d'un choc, elles doi- vent se déformer, en s'écrasant en " accordéon ", essentiellement selon la direction de choc sans se déporter transversalement ni vriller. Le document EP-B-621 416 décrit une telle structure d'amortissement de choc qui est constituée de plaques métalliques longitu- dinales soudées entre elles. La section transversale de la structure, cons- tante le long de la direction de choc, comprend un rectangle dont les angles sont reliés par des diagonales qui forment un X à l'intérieur du rectangle. En cas de choc, la déformation va s'initier aléatoirement à I'une des deux extrémités longitudinales de la structure ce qui peut entraî- ner une instabilité de la déformation et donc une absorption d'énergie relati- vement faible. Par ailleurs, on constate que, au cours d'un choc, I'effort lon- gitudinal supporté selon la direction de choc par une telle structure atteint tout d'abord une valeur seuil sommet d'un pic, à partir de laquelle TT- T I l'écrasement débute, puis l'effort longitudinal diminue fortement si bien que l'énergie absorbée par la structure d'amortissement de choc, égale à l'aire de la courbe effort/déformation, est relativement faible. Il est donc souhaitable de pouvoir limiter la diminution de lI'effort longitudinal supporté par la structure d'amortissement de choc au cours de sa déformation. Toutefois, cet effort longitudinal, correspondant à l'accélération subie par les passagers du véhicule, ne doit pas être trop élevé pour que les passagers puissent supporter l'accélération correspondante. Tel n'est pas le cas pour les structures d'amortissement de choc de formes générales pyramidales comme celles décrites dans le do- cument EP-A-826 569 qui peuvent conduirent à des niveaux d'efforts met- tant en péril la sécurité des passagers. Le but de l'invention est de résoudre ces problèmes en four- nissant une structure d'amortissement de choc dont la déformation selon la direction de choc est mieux maîtrisée, de stabilité accrue en cours d'écrasement, de capacité d'absorption d'énergie accrue, de poids relative- ment faible, et provoquant des accélérations supportables par les passa- gers d'un véhicule sur lequel elle est montée. A cet effet, I'invention a pour objet une structure d'amortissement de choc par déformation mécanique, ladite structure étant de forme allongée selon une direction de choc et comportant des plaques longitudinales extérieures dont au moins deux paires comprennent chacune deux plaques qui sont situées sur des côtés opposés de la structure et qui s'étendent sensiblement symétriquement par rapport à un plan médian res- pectif parallèle à la direction de choc, caractérisée en ce que les plaques d'au moins une desdites paires ont une largeur généralement croissante sur la longueur de la structure depuis une extrémité longitudinale d'amorçage de la déformation de la structure, et en ce que les plaques d'au moins une autre paire ont une largeur sensiblement constante sur la longueur de la structure. Selon des modes particuliers de réalisation, la structure d'amortissement de choc peut comprendre l'une ou plusieurs des caracté- ristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons tech- niquement possibles: - les plaques d'une seule desdites paires de plaques opposées ont une largeur généralement croissante sur la longueur de la structure de- puis l'extrémité longitudinale d'amorc,çage de la déformation; - la structure comprend deux paires de plaques opposées, la structure ayant une section transversale de contour extérieur sensiblement en forme de quadrilatère; - les plaques d'une desdites paires de plaques opposées sont sensiblement orthogonales aux plaques de l'autre paire de plaques oppo- sées, la structure ayant une section transversale de contour extérieur sen- siblement rectangulaire; - la structure comprend au moins une garniture longitudinale oblique de renfort qui relie les plaques d'au moins une desdites paires de plaques opposées en s'étendant de manière inclinée par rapport à la nor- male au plan médian respectif; - la structure comprend au moins deux garnitures longitudina- les obliques de renfort qui relient les plaques d'au moins une desdites pai- res de plaques opposées en s'étendant de manière inclinée par rapport au plan médian respectif, lesdites garnitures longitudinales obliques formant sensiblement'un X en section transversale; - la structure comprend des organes transversaux de renfort espacés le long de la structure; - des organes transversaux de renfort sont des organes exté- rieurs de renfort qui relient les plaques de ladite paire de plaques opposées à largeur généralement croissante et s'étendent le long des plaques de la ou de chaque paire de plaques à largeur sensiblement constante; - la largeur transversale desdits organes extérieurs de renfort est croissante le long de la structure depuis l'extrémité longitudinale d'amorçage de la déformation -la structure est sensiblement symétrique par rapport à un axe L parallèle à la direction de choc. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue schématique en perspective d'une structure d'amortissement de choc selon l'invention, et - la figure 2 est une vue schématique en perspective illustrant une variante de la structure de la figure 1. La figure 1 représente une structure d'amortissement de choc i pour véhicule ferroviaire. Un repère orthogonal direct Oxyz est représenté sur la figure 1 pour faciliter la description. La structure d'amortissement de choc 1 a une forme générale allongée selon l'axe Oz qui correspond à la direction de choc. La structure 1 est constituée de plaques métalliques longitudi- nales soudées entre elles le long de cordons de soudure s'étendant paral- lèlement à la direction de choc. La structure 1 a une section transversale qui présente sensi- blement la forme d'un rectangle à l'intérieur duquel des diagonales forment un X. Ainsi, la structure 1 comprend deux paires de plaques longitu- dinales extérieures 2 et 3 qui forment le contour extérieur rectangulaire de la section transversale. Les plaques 2 de la première paire sont sensiblement identi- ques, rectangulaires, parallèles entre elles et parallèles à l'axe Oz, et s'étendent symétriquement le long de la structure 1 par rapport à un plan médian passant par la ligne moyenne L de la structure 1 et parallèle au plan Oyz. La ligne moyenne L est la droite passant par l'ensemble des centres d'inertie G des sections transversales successives de la structure d'amortissement de choc 1. Un seul centre d'inertie G est représenté sur la figure 1. Les plaques 3 de la deuxième paire sont identiques, parallèles entre elles et parallèles à l'axe Oz, et s'étendent sensiblement symétrique- ment le long de la structure 1 par rapport à un autre plan médian passant par la ligne moyenne L de la structure 1 et parallèle au plan Oxz. Les plaques 3 sont en forme de trapèze isocèle allongé et sont donc de largeur, selon l'axe Ox, régulièrement croissante depuis une pre- mière extrémité longitudinale 4 de la structure 1 jusqu'à l'autre extrémité io longitudinale 5 de la structure 1. Les plaques 2 sont orthogonales aux plaques 3 et sont reliées à celles-ci par leurs bords longitudinaux. - Ainsi, les bords longitudinaux supérieurs (sur la figure 1) 6 des plaques 2 sont soudés à la plaque 3 supérieure, à distance des bords Ion- gitudinaux 7 de cette plaque 3 supérieure. De même les bords longitudinaux inférieurs 8 des plaques 2 sont soudés sur la plaque 3 inférieure à distance des bords longitudinaux 7 de cette plaque 3 inférieure. La structure d'amortissement de chocs 1 comprend également des plaques longitudinales obliques 10, 11 et 12 de renfort qui s'étendent à l'intérieur de la structure d'amortissement de choc 1 de manière inclinée par rapport aux plaques 2 et 3 pour former en section transversale un X sensi- blement cenfré sur la ligne moyenne L. Ainsi, les plaques 10 à 12 s'étendent de manière inclinée par rapport aux normales aux deux plans médians passant par la ligne moyenne L et respectivement parallèles aux plans Oxz et Oyz. Les plaques 11 et 12 sont chacune de largeur sensiblement égale à la moitié de la largeur de la plaque 10. Les plaques obliques 10 et 1 1 sont reliées par pliage respecti- vement aux bords longitudinaux inférieurs 8 des plaques 2 gauche et droite (sur la figure 1). Les plaques 10 et 11 et respectivement 10 et 12 sont soudées entre elles sensiblement le long de la ligne moyenne L de la structure d'amortissement de choc 1. Les plaques 11 et 12 sont sensiblement copla- naires de sorte que les plaques 11 et 12 s'étendent sensiblement symétri- quement à la plaque 10 par rapport au plan médian passant par la ligne moyenne L et parallèle au plan Oyz. Le bord longitudinal supérieur 13 de la plaque oblique 10 est soudé sur la plaque 2 droite, légèrement en dessous du bord longitudinal supérieur 6 de cette plaque 2 droite. Le bord longitudinal supérieur 14 de la plaque oblique 12 est soudé sur la plaque 2 gauche, légèrement en dessous du bord longitudinal supérieur 6 de cette plaque 2 gauche. La structure d'amortissement de choc 1 est sensiblement sy- métrique par rapport à la ligne moyenne L. La structure d'amortissement de choc 1 est destinée à être intégrée par exemple aux extrémités du chassis d'un véhicule ferroviaire pour absorber un choc se produisant suivant la direction Oz par écrasement de la structure selon cette direction. On constate qu'en cas d'un tel choc sur la structure 1 ainsi intégrée, la déformation par écrasement s'amorce au niveau de l'extrémité longitudinale 4 de la structure 1 et se propage progressivement le long de la structure 1 vers l'extrémité longitudinale 5. Grâce à la présence des plaques obliques 10 à 12 disposées sensiblement symétriquement par rapport à la ligne médiane L et aux sy- métries présentées par la structure 1, la déformation se produit essentielle- ment par flambage plastique dynamique le long de l'axe Oz et la structure 1 reste stable sans chasser transversalement selon l'axe Ox ou Oy et sans vriller. De plus, l'effort dynamique longitudinal supporté par le struc- ture croît progressivement, mais très légèrement, au cours de l'écrasement de la structure d'amortissement de choc 1. Ainsi, on obtient une grande ab- sorption d'énergie en conservant des niveaux d'effort acceptables pour les passagers du véhicule. Cette croissance très faible est due au fait que seules les plaques 3 ont une largeur (selon la direction Ox) croissante. Une telle structure 1 peut s'écraser sur 70% de sa longueur et ainsi permettre une absorption d'énergie importante. Le calcul et l'expérimentation permettent d'optimiser les di- mensions et notamment l'épaisseur des plaques 2, 3, 10, 11 et 12 en fonc- tion du volume disponible pour loger la structure 1 et de l'énergie à absor- ber. En jouant sur l'accroissement de largeur des plaques 3, il est égale- ment possible d'atteindre un effort longitudinal sensiblement constant ou légèrement décroissant en cours d'écrasement. La figure 2 illustre une variante dans laquelle la structure d'amortissement de choc 1 comprend de part et d'autre des organes de renfort transversaux 16. Ces organes 16 sont soudés à l'extérieur de cha- que plaque 2 et relient les bords longitudinaux opposés 7 et 8 des plaques 3 inférieure et supérieure. Les organes de renfort 16 sont des plaques rectangulaires, orthogonales à la direction de choc Oz, qui sont régulièrement espacées le long de la structure d'amortissement de choc 1. Les organes de renfort 16 sont de largeurs transversales (selon l'axe Ox) croissantes depuis l'extrémité 4 de la structure 1 jusqu'à l'extrémité 5 de la structure 1. Ainsi, les bords longitudinaux 17 de ces or- ganes de renfort 16 sont alignés le long de l'axe Ox avec les bords longitu- dinaux 7 des plaques 3. Cette variante permet d'étager la déformation de la structure 1 est donc de répondre à certaines contraintes d'un cahier des charges. Selon une variante non représentée, des organes de renfort transversaux triangulaires peuvent être disposés à l'intérieur de la structure 1 et soudés aux plaques obliques 10, 11 et 12 et aux plaques extérieures 2 et 3. Ces organes de renfort peuvent être disposés au même niveau longi- tudinal que les organes de renfort 16 extérieurs. Bien sûr, I'invention peut s'appliquer à des véhicules autres que les véhicules ferroviaires. REVENDICATIONS 1. Structure (1) d'amortissement de choc par déformation mé- canique, ladite structure étant de forme allongée selon une direction de choc (Oz) et comportant des plaques longitudinales extérieures (2, 3) dont au moins deux paires comprennent chacune deux plaques (2, 3) qui sont situées sur des côtés opposés de la structure (1) et qui s'étendent sensi- blement symétriquement par rapport à un plan médian respectif parallèle à la direction de choc, caractérisée en ce que les plaques (3) d'au moins une desdites paires ont une largeur généralement croissante sur la longueur de la structure depuis une extrémité longitudinale (4) d'amorçage de la défor- mation de la structure, et en ce que les plaques (2) d'au moins une autre paire ont une largeur sensiblement constante sur la longueur de la struc- ture. 2. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que les plaques (3) d'une seule desdites paires de plaques opposées ont une largeur généralement croissante sur la longueur de la structure depuis l'extrémité longitudinale (4) d'amorçage de la déformation: 3. Structure selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend deux paires de plaques opposées (2, 3), la structure (1) ayant une section transversale de contour extérieur sensiblement en forme de quadrilatère. 4. Structure selon la revendication 3, caractérisée en ce que les plaques (2) d'une desdites paires de plaques opposées sont sensible- ment orthogonales aux plaques (3) de l'autre paire de plaques opposées, la structure ayant une section transversale de contour extérieur sensiblement rectangulaire. 5. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une garniture longitudinale oblique de renfort (10, 11, 12) qui relie les plaques (2) d'au moins une desdites paires de plaques opposées en s'étendant de manière inclinée par rapport à la normale au plan médian respectif. 6. Structure selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux garnitures longitudinales obliques de ren- fort (10, 11, 12) qui relient les plaques (2) d'au moins une desdites paires de plaques opposées en s'étendant de manière inclinée par rapport au plan médian respectif, lesdites garnitures longitudinales obliques (10, 11, 12) formant sensiblement un X en section transversale. 7. Structure selon l'une quelconque des revendications I à 6, caractérisée en ce qu'elle comprend des organes transversaux de renfort (16) espacés le long de la structure (1). 8. Structure selon la revendication 7, caractérisée en ce que des organes transversaux de renfort (16) sont des organes extérieurs de renfort qui relient les plaques (3) de ladite paire de plaques opposées à lar- geur généralement croissante et s'étendent le long des plaques (2) de la ou de chaque paire de plaques à largeur sensiblement constante. 9. Structure selon la revendication 8, caractérisée en ce que la largeur transversale desdits organes extérieurs de renfort (16) est crois- sante le long de la structure (1) depuis l'extrémité longitudinale (4) d'amorçage de la déformation. 10. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle est sensiblement symétrique par rapport à un axe (L) parallèle à la direction de choc. Il m_ lU