Brevet FR2787538A1 — publié le 20000623

l L'invention concerne une structure d'amortissement de choc par déformation mécanique, ladite structure étant de forme allongée selon une direction de choc et comprenant des plaques longitudinales. 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 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 de ces structures d'amortissement de choc sont de plus en plus élevées alors qu'on cherche simultanément à réduire les masses des véhicules ferroviai- res. 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, sensi- blement constante 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 de la structure ce qui peut entraîner une instabi- lité de la déformation et donc une absorption d'énergie relativement 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 une valeur seuil sommet d'un pic, à partir de laquelle l'écrasement du structure débute, puis l'effort longitudinal s'effondre 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 l'effort longitudinal supporté par la structure au cours de sa déformation. Toutefois, cet effort longitudinal, correspondant à l'accélération supportée par les passagers du véhicule, ne doit pas être trop élevé, pour que l'accélération correspondante soit supportable par les passagers du véhicule. L'invention a pour but de résoudre ces problèmes en fournis- sant une structure d'amortissement de choc qui peut être obtenue par modi- fication simple et économique d'un structure d'amortissement de choc exis- tante, dont la déformation selon la direction de choc est mieux maîtrisée, de stabilité en cours d'écrasement et de capacité d'absorption d'énergie ac- crues, de poids relativement faible, et qui provoque des accélérations sup- portables par les passagers du véhicule sur lequel elle est montée. A cet effet, l'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 comprenant des plaques longitudinales, caractérisée en ce que la structure comprend en outre au moins un renfort longitudinal qui est rapporté sur une desdites plaques lon- gitudinales et qui s'étend le long de la direction de choc, ledit ou chaque renfort longitudinal ayant une largeur généralement croissante depuis une première extrémité longitudinale du renfort vers une deuxième extrémité longitudinale du renfort, en ce que la première extrémité longitudinale dudit ou de chaque renfort est orientée vers une première extrémité longitudinale de la structure formant une extrémité d'amorc,çage de la déformation de la structure, et en ce que la deuxième extrémité longitudinale dudit ou de cha- que renfort est située au voisinage de la deuxième extrémité 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: - la première extrémité longitudinale dudit ou de chaque renfort est écartée de l'extrémité longitudinale d'amorçage de la déformation de la structure; - ledit ou chaque renfort longitudinal s'étend sur l'essentiel de la longueur de la structure; - ledit ou chaque renfort longitudinal est de largeur strictement croissante sur sa longueur depuis sa première extrémité longitudinale; - ledit ou chaque renfort longitudinal comprend au moins un tronçon longitudinal de largeur sensiblement constante; - lesdites plaques longitudinales comprennent au moins une paire de plaques extérieures opposées qui sont situées respectivement sur des côtés opposés de la structure et qui s'étendent symétriquement par rapport à un plan médian respectif parallèle à la direction de choc, et des renforts longitudinaux identiques sont rapportés sur les deux plaques de ladite paire de plaques opposées, lesdits renforts longitudinaux étant dispo- sés symétriquement par rapport audit plan médian; - lesdites plaques longitudinales comprennent au moins deux paires de plaques extérieures opposées, les plaques de chacune desdites paires étant situées sur des côtés opposés de la structure et s'étendant sy- métriquement par rapport à un plan médian respectif parallèle à la direction de choc, les plaques d'une desdites paires de plaques extérieures oppo- sées étant orthogonales aux plaques de l'autre paire de plaques extérieures opposée, la structure ayant une section transversale de contour extérieur sensiblement rectangulaire; - la structure comprend au moins une garniture longitudinale oblique de renfort qui relie les plaques d'au moins une paire de plaques extérieures opposées en s'étendant de manière inclinée par rapport à la normale au plan médian respectif; - la structure comprend au moins deux garnitures longitudina- les obliques de renfort qui relient les plaques d'au moins une paire desdites plaques extérieures opposées en s'étendant de manière inclinée par rapport I Z Tm V à la normale au plan médian respectif, et lesdites garnitures obliques de renfort forment sensiblement un X en section transversale; - la structure est sensiblement symétrique par rapport à un axe de symétrie 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 sur les 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 1 pour véhicule ferroviaire. Un repère orthogonal direct Oxyz est représenté sur cette fi- gure i pour faciliter la description. La structure 1 a une forme générale allongée selon l'axe Oz qui correspond à la direction de choc. La structure 1 comprend des plaques métalliques longitudina- les soudées entre elles le long de cordons de soudure s'étendant parallè- lement à la direction de choc Oz. La structure 1 a une section transversale générale qui pré- sente sensiblement la forme d'un rectangle à l'intérieur duquel des diago- nales 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 rectangulaires et identiques, parallèles entre elles et parallèles à l'axe Oz, et s'étendent sy- métriquement 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. e- 1W-1U La ligne moyenne L est la droite passant par l'ensemble des centres d'inertie G des sections transversales successives de la structure 1. Un seul centre d'inertie G est représenté sur la figure 1. Les plaques 3 de la deuxième paire sont rectangulaires, pa- rallèles entre elles et à l'axe Oz, et s'étendent symétriquement le long de la structure 1 par rapport à un autre plan médian passant par la ligne moyenne L et parallèle au plan Oxz. La plaque 3 inférieure (sur la figure 1) a une largeur selon l'axe Ox légèrement inférieure à celle de la plaque 3 supérieure. Les pla- ques 3 présentent la même longueur (selon l'axe Oz). Les plaques 2 sont orthogonales aux plaques 3 et sont sou- dées à celles-ci le long de leurs bords longitudinaux. Ainsi, les bords longitudinaux supérieurs (sur la figure 1) 6 des plaques 2 sont soudés, parallèlement à la ligne L, sur la plaque 3 supé- rieure, à faible distance des bords longitudinaux 7 de la plaque 3 supé- rieure. De même, les bords longitudinaux inférieurs 8 des plaques 2 sont soudées, parallèlement à la ligne L, sur les bords longitudinaux 7 de la plaque 3 inférieure. La structure d'amortissement de choc 1 comprend également des plaques longitudinales obliques 10, 11 et 12 de renfort, qui s'étendent à l'intérieur de la structure 1 de manière inclinée par rapport aux plaques 2 et 3, pour former le X de la section transversale de la structure 1 qui est centré 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 obliques 11 et 12 sont chacune de largeur sensi- blement égale à la moitié de la largeur de la plaque oblique 10. Les plaques 10 et 11 sont reliées par pliage respectivement aux bords longitudinaux inférieurs 8 des plaques 2 gauche et droite (sur la figure 1). Les plaques obliques 10 et 1 1 et respectivement 10 et 12 sont soudées sensiblement le long de la ligne moyenne L de la structure 1. Les plaques 11 et 12 sont sensiblement coplanaires de sorte que ces plaques s'étendent symétriquement 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 io soudé sur la plaque 2 gauche, légèrement au-dessous du bord longitudinal supérieur 6 de cette plaque 2 gauche. Selon l'invention, le structure 1 comprend en outre deux ren- forts longitudinaux 15, dont un seul est visible sur la figure 1, et qui ont été rapportés chacun sur une plaque extérieure 2. Ces renforts longitudinaux 15 sont identiques et constitués chacun par une plaque métallique en forme de trapèze isocèle allongé. Ces renforts 15 sont fixés par soudage sur lès plaques 2 avec leurs hauteurs orientées parallèlement à la direction de choc Oz. Les deux renforts longitudinaux 15 sont symétriques l'un de l'autre par rapport à la ligne moyenne L et la structure d'amortissement de choc 1 est ainsi globa- lement symétrique par rapport à la ligne moyenne L. Pour chaque renfort 15, une première extrémité longitudinale 16, corresporidant à la petite base du trapèze, est située à distance d'une première extrémité longitudinale 17 de la structure d'amortissement de choc 1. Cette distance peut, par exemple, correspondre à 20% de la longueur de la structure 1. L'autre extrémité longitudinale 18 du renfort 15, correspon- dant à la grande base du trapèze, est située au voisinage de la deuxième extrémité longitudinale 19 de la structure 1, de préférence à une distance inférieure à 1% de la longueur de la structure 1. Le renfort 15 s'étend sur l'essentiel, de préférence au moins %, de la longueur de la structure 1. Ainsi, les deux premières extrémités 16 des renforts 15 sont orientées vers la même extrémité 17 de la structure 1 et la largeur (selon l'axe Oy) de ces renforts 15 augmente le long de ces renforts 15 depuis leurs premières extrémités 16. La largeur maximale des renforts 15 est inférieure à la largeur (selon l'axe Oy) des plaques 2. La structure d'amortissement de choc est destinée à être inté- grée aux extrémités du châssis d'un véhicule ferroviaire pour absorber un choc se produisant suivant la direction Oz par écrasement de la structure 1 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 la première extrémité 17 de la structure 1 et se propage progressivement vers sa deuxième extrémité 19. Cette déformation programmée est obtenue grâce à la forme et à la position des renforts longitudinaux 15 qui confèrent à la structure 1 une rigidité longitudinale croissante depuis la première extrémité 17. Grâce à la présence des plaques diagonales 10, 11, 12 dispo- sées sensiblement symétriquement par rapport à la ligne moyenne L, la déformation se produit essentiellement par flambage plastique dynamique le long de l'axe Oz et la structure 1 reste stable sans chasser transversale- ment selon l'axe Ox et Oy ni vriller. De plus, l'effort dynamique longitudinal supporté par la struc- ture croît progressivement, mais très légèrement, au cours de l'écrasement de la structure 1. Ainsi, on obtient une grande absorption d'énergie en con- servant des niveaux d'effort acceptables pour les passagers du véhicule. Cette croissance acceptable ou même une légère décrois- sance peuvent être obtenue en jouant sur le nombre et les dimensions des renforts 15. De plus, l'invention permet de modifier des structures d'amortissement de choc existantes en rapportant uniquement les renforts longitudinaux 15 sur celles-ci. Cette modification, simple et économique, n'augmente que faiblement le poids des structures d'amortissement de choc existantes. Selon une variante non représentée, la longueur des renforts longitudinaux 15 pourrait être sensiblement égale à celle de la structure d'amortissement de choc 1. Selon la variante de la figure 2, chaque renfort longitudinal 15 comprend depuis sa première extrémité 16 un premier tronçon 20 le long duquel le renfort 15 est de largeur strictement croissante, puis un deuxième tronçon 21 se terminant au niveau de la deuxième extrémité 18 et le long duquel la largeur du renfort 15 est sensiblement constante. Cette variante permet de mieux ajuster la capacité d'absorption de la structure 1 aux exi- gences d'un cahier des charges. Selon une autre 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 ex- térieures 2 et 3. Cela permet d'étager l'écrasement de la structure 1. 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 comprenant des plaques longitudinales, caractérisée en ce que la structure comprend en outre au moins un renfort longitudinal (15) qui est rapporté sur une desdites plaques longitudinales (2) et qui s'étend le long de la direction de choc, ledit ou chaque renfort longitudinal (15) ayant une largeur généralement croissante depuis une première extrémité longitudi- nale (16) du renfort vers une deuxième extrémité longitudinale (18) du ren- fort, en ce que la première extrémité longitudinale (16) dudit ou de chaque renfort est orientée vers une première extrémité longitudinale (17) de la structure (1) formant une extrémité d'amorçage de la déformation de la structure, et en ce que la deuxième extrémité longitudinale (18) dudit ou de chaque renfort est située au voisinage de la deuxième extrémité (19) de la structure (1). 2. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que la première extrémité longitudinale (16) dudit ou de chaque renfort est écartée de l'extrémité longitudinale (17) d'amorçage de la déformation de la struc- ture. 3. Structure selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce' que ledit ou chaque renfort (15) longitudinal s'étend sur l'essentiel de la longueur de la structure (1). 4. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit ou chaque renfort longitudinal (15) est de lar- geur strictement croissante sur sa longueur depuis sa première extrémité longitudinale (16). 5. Structure selon la revendication 1 à 3, caractérisée en ce que ledit ou chaque renfort longitudinal (15) comprend au moins un tronçon longitudinal (21) de largeur sensiblement constante. 6. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que lesdites plaques longitudinales comprennent au moins une paire de plaques extérieures opposées (2, 3) qui sont situées respectivement sur des côtés opposés de la structure (1) et qui s'étendent symétriquement par rapport à un plan médian respectif parallèle à la direc- tion de choc, et en ce que des renforts longitudinaux identiques (15) sont rapportés sur les deux plaques (2) de ladite paire de plaques opposées, lesdits renforts longitudinaux (15) étant disposés symétriquement par rap- port audit plan médian. 7. Structure selon la revendication 6, caractérisée en ce que lesdites plaques longitudinales comprennent au moins deux paires de pla- ques extérieures opposées (2, 3), les plaques de chacune desdites paires étant situées sur des côtés opposés de la structure et s'étendant symétri- quement par rapport à un plan médian respectif parallèle à la direction de choc, les plaques (2) d'une desdites paires de plaques extérieures oppo- sées étant orthogonales aux plaques (3) de l'autre paire de plaques exté- rieures opposée, la structure ayant une section transversale de contour ex- térieur sensiblement rectangulaire. 8. Structure selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une garniture longitudinale oblique (10, 11, 12) de renfort qui relie les plaques (2) d'au moins une paire de plaques exté- rieures opposées en s'étendant de manière inclinée par rapport à la nor- maie au plan médian respectif. 9. Structure selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux garnitures longitudinales obliques (10, 11, 12) de renfort' qui relient les plaques (2) d'au moins une paire desdites pla- ques extérieures opposées en s'étendant de manière inclinée par rapport à la normale au plan médian respectif, et en ce que lesdites garnitures obli- ques (10, 11, 12) de renfort forment sensiblement un X en section transver- sale: 10. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce qu'elle est sensiblement symétrique par rapport à un axe de symétrie (L) parallèle à la direction de choc.