Brevet FR2871725A1 — publié le 20051223

COMPOSANT STRUCTUREL ABSORBANT LES IMPULSIONS La présente invention concerne un composant structurel absorbant les impulsions notamment pour les navires, les véhicules terrestres et les véhicules aériens ou pour les appareillages, les machines, les installations et les corps de bâtiment. On connaît d'après l'état de la technique des structures absorbant les impulsions, dans lesquelles des couches additionnelles absorbant l'énergie sont disposées dans la structure. Ces couches réduisent cependant la résistance de la structure ou, dans le cas d'une dépense de matériau correspondante, augmentent leur poids et/ou nécessitent un espace additionnel. On connaît d'après le document DE 101 29 576 un élément structurel comprenant une couche absorbant l'énergie insérée entre deux couches de recouvrement, dans lequel au moins une couche de recouvrement porte la charge. Il est désavantageux dans cette disposition que lesdites couches absorbent certes les impulsions, mais qu'il faille s'attendre à un poids plus élevé pour une résistance du même ordre ou à une résistance moins importante pour un poids identique. En particulier, étant donné que la couche absorbant l'énergie est bloquée entre les couches de recouvrement, il faut s'attendre à un effet d'entaille pour ladite couche dans le cas d'une sollicitation. Selon le document DE 101 29 576, on utilise un tissu en aramide sec ou pauvre en résine ou du PBO comme couche absorbant l'énergie et on relie celle-ci à une coque portant la charge. De ce fait, les forces de traction transversalement au plan du composant ne peuvent pas être transmises, de sorte que le composant est mis en 2871725 2 péril par des charges d'utilisation définies. En outre, les deux couches de recouvrement peuvent également se voûter en s'écartant l'une de l'autre lorsque apparaissent des forces de pression dans le plan des coques de recouvrement. En outre, on connaît d'après l'état général de la technique des structures composites avec des couches de recouvrement minces, qui absorbent les forces dans le plan des coques, et qui comprennent une partie centrale qui absorbe les poussées. La partie centrale est formée en nids d'abeille ou en mousse synthétique, qui, en raison de l'espace de construction limité, ne peu(ven)t cependant absorber aucune énergie importante, étant donné que le trajet d'absorption est limité. Une superposition de plusieurs structures en sandwich est limitée vers l'intérieur comme vers l'extérieur dans la plupart des cas d'utilisation pour des raisons de place. L'objet de l'invention est de mettre à disposition un composant structurel absorbant les impulsions pour des cas d'utilisation différents, qui représente une solution optimisée en ce qui concerne le poids. Selon l'invention, il est prévu un composant structurel absorbant les impulsions comprenant deux couches de recouvrement et une couche intermédiaire disposée entre celles-ci, la couche intermédiaire s'étendant de façon alternée entre les couches de recouvrement et le matériau de la couche intermédiaire étant sélectionné de telle sorte que celle-ci présente un allongement à la rupture plus élevé que celui d'au moins une des couches de recouvrement. La couche intermédiaire peut notamment avoir une forme ondulée, être formée d'éléments disposés 2871725 3 angulairement, avoir une forme trapézoïdale, être formée de picots ou de bosses ou avoir une forme de boîte à oeufs. L'invention est décrite par la suite en s'appuyant sur les figures annexées, sur lesquelles on peut voir que: - la figure 1 illustre une représentation en trois dimensions et en perspective d'un mode de réalisation du composant structurel absorbant les impulsions selon l'invention, en configuration non déformée, qui est formé comme un composant plat, l'ébauche d'un élément volumineux avec lequel se produit l'impact étant en plus illustrée; - la figure 2 illustre le composant structurel selon la figure 1 dans une représentation en coupe avec l'élément volumineux, en configuration non déformée, c'est-à-dire avant l'impact sur le composant structurel; - la figure 3 illustre le composant structurel selon la figure 1 dans une représentation en coupe avec l'élément volumineux après l'impact sur le composant structurel; - la figure 4 est une vue en trois dimensions en perspective illustrant l'impact représenté à la figure 3; - la figure 5 illustre une représentation en coupe schématique d'une découpe d'un autre mode de réalisation d'un composant structurel non recourbé en configuration non déformée, dans lequel la couche intermédiaire est formée d'éléments disposés angulairement; - la figure 6 illustre une représentation en coupe 30 schématique d'une découpe d'un autre mode de réalisation d'un composant structurel non recourbé en configuration 2871725 4 non déformée, dans lequel la couche intermédiaire présente une forme trapézoïdale; - la figure 7 illustre une représentation en perspective schématique d'une découpe d'un autre mode de réalisation d'un composant structurel non recourbé en configuration non déformée, dans laquelle la couche intermédiaire présente une forme de boîte à oeufs; - la figure 8 illustre une représentation en trois dimensions et en perspective d'un autre mode de réalisation du composant structurel selon l'invention, qui est formé comme une partie de coque avant d'une aile d'avion et ainsi comme un composant recourbé. Le composant structurel 1 selon l'invention, comme il ressort par exemple de la figure 1, est formé de deux couches de recouvrement 2, 3 et d'une couche intermédiaire 4 disposée entre celles-ci. La couche intermédiaire 4 est formée d'un matériau plat à l'origine, qui est déformé de telle sorte que la couche intermédiaire s'étend au moins dans une section A du composant structurel 1 de façon alternée entre les couches de recouvrement 2, 3. Selon l'invention, le matériau de la couche intermédiaire 4 est sélectionné de telle sorte que celle-ci présente un allongement à la rupture supérieur à celui d'au moins une couche de recouvrement 2 ou 3. Au cas où seule une des couches de recouvrement 2 ou 3 présente un allongement à la rupture moins élevé que celui de la couche intermédiaire 4, celle-ci est installée sur le côté du composant structurel 1 sur lequel ledit composant doit remplir une fonction de protection à l'encontre d'une impulsion. Différentes configurations de la couche intermédiaire 4 sont représentées sur les figures 2, 4, 5, 2871725 5 6 et 7. Dans une première variante, la couche intermédiaire 4 a une forme ondulée (figures 2, 3, 4). Dans une autre variante, la couche intermédiaire peut avoir une forme angulée, c'est-à-dire être formée à partir de pièces ou d'éléments disposés angulairement et faisant alternativement des angles respectivement rentrants et saillants l'un par rapport à l'autre, sensiblement en zigzag (figure 5). En outre, la couche intermédiaire peut présenter une forme trapézoïdale (figures 1 et 6), être formée de picots ou de bosses ou bien avoir une forme de boîte à oeufs (figure 7). Du fait de la conception selon l'invention de la couche intermédiaire 4, on obtient que, au cours d'un fonctionnement normal, le composant structurel ou la couche intermédiaire peuvent transmettre les poussées provenant des charges de fonctionnement. En outre, la solution selon l'invention de l'allongement à la rupture de la couche intermédiaire plus élevé que celui d'au moins une couche de recouvrement 2 et/ou 3, a pour effet que, lorsqu'un élément volumineux M agit sur le composant structurel, la distance de décélération est augmentée. L'élément volumineux M est généralement une structure en trois dimensions, qui se déplace par rapport au composant structurel 1, au cours de l'incident observé provoquant des impulsions, à une vitesse relative ne devant pas être négligée. L'élément volumineux M peut être une partie d'un corps solide ou un élément constitutif d'un corps solide avec une structure ou une forme solide ou non définie. En outre, l'élément volumineux peut également être une quantité d'un fluide, par conséquent d'un gaz ou d'un liquide. En utilisant le composant selon l'invention pour un avion, le fluide peut 2871725 6 être par exemple un oiseau, un carburant ainsi qu'un combustible ou un fluide hydraulique. Le carburant peut dans ce cas exercer une influence depuis l'extérieur de la structure de l'avion ou l'intérieur de celle-ci sur le composant structurel. Cela peut être par exemple le cas lorsque le combustible exerce à l'intérieur d'un réservoir de combustible, en raison du déplacement de l'avion, une impulsion sur la structure absorbant les impulsions, qui peut être la paroi du réservoir. L'utilisation du composant structurel selon l'invention peut le rendre avantageux à l'occasion de différents incidents; d'une part, lorsqu'en raison du déplacement de l'avion dans le ciel, un carburant situé dans l'avion transmet une impulsion au composant structurel selon l'invention situé à cet endroit; d'autre part, lorsqu'il se produit une transmission d'impulsion entre le composant structurel et un fluide situé à l'extérieur de l'avion, par exemple un oiseau; en outre, lorsqu'un impact transmet une énergie cinétique ou chimique à un fluide situé dans l'avion. Le composant structurel 1 selon l'invention peut comprendre en outre d'autres éléments ou éléments constitutifs, comme par exemple des nervures de renforcement ou des raidisseurs (comparer la figure 8). Le fonctionnement du composant structurel 1 selon l'invention, lorsque se produit un impact avec un élément volumineux M, est décrit par la suite en s'appuyant sur les figures 2 et 3. On suppose que l'élément volumineux M se déplace dans une direction de déplacement 10 vers le composant structurel 1 selon l'invention (figure 2) . L'allongement à la rupture de la couche de recouvrement, qui est tournée vers l'élément volumineux M se rapprochant, est inférieur à l'allongement à la rupture de la couche intermédiaire 4 et de la couche opposée à l'élément volumineux M. Dans la représentation de la figure 3, la couche de recouvrement, qui est tournée vers l'élément volumineux M se rapprochant, est dotée du chiffre de référence 2. Ladite couche est désignée par la suite par première couche de recouvrement ou couche de recouvrement avant. Lors de l'impact avec l'élément volumineux M, l'allongement à la rupture de la couche de recouvrement 2 est dépassé et cela diminue ainsi une partie de l'énergie de déplacement de l'élément volumineux M (voir figures 3 et 4). Si on suppose que l'impulsion de l'élément volumineux M est maximale, la première couche de recouvrement 2 est agencée de telle sorte qu'elle devient perforée. Le dysfonctionnement de la couche de recouvrement 2 provoque alors la formation d'une ouverture 11. De ce fait, l'élément volumineux M exerce une influence sur la couche intermédiaire 4. En raison de la forme et de l'allongement à la rupture supérieur de la couche intermédiaire 4, celle-ci est comprimée de façon élastique. Par conséquent, les forces sont transmises à la couche 3. La couche de recouvrement 3 est étirée de sorte que dans certaines circonstances, son allongement à la rupture est dépassé. Dans ce cas, la couche intermédiaire 4 est étirée à travers l'ouverture 11 qui se forme dans l'ouverture créée dans la couche de recouvrement 3 (figure 3). Ceci est le cas lorsque l'assemblage entre la couche de recouvrement 2 et la couche intermédiaire 4 cède de façon contrôlée, de sorte que cela forme un sac de capture. Le sac de capture 2871725 8 sollicite les bords 14 de l'ouverture 12, de sorte que l'allongement à la rupture dans la zone du bord d'ouverture 14 est constamment dépassé. De ce fait, l'ouverture 12 s'élargit constamment. Etant donné que l'ouverture 12 s'agrandit en même temps que l'agrandissement du sac de capture, l'énergie cinétique de l'élément volumineux M est encore réduite. Pour une impulsion maximale de l'incident supposé prévue par l'homologation, la forme et l'allongement à la rupture des éléments constitutifs selon l'invention du composant structurel comme des couches de recouvrement et de la couche intermédiaire 4, sont agencés de telle sorte que l'énergie cinétique de l'élément volumineux M soit entièrement supprimée, ou au moins réduite à une valeur telle que pour les zones ou les installations situées derrière la structure, les dommages ne dépassent pas une valeur prédéfinie. Bien entendu, l'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. Composant structurel absorbant les impulsions avec deux couches de recouvrement (2, 3) et une couche intermédiaire (4) disposée entre cellesci, caractérisé en ce que la couche intermédiaire (4) s'étend de façon alternée entre les couches de recouvrement (2, 3), le matériau de la couche intermédiaire (4) étant sélectionné de telle sorte que celle-ci présente un allongement à la rupture plus élevé que celui d'au moins une des couches de recouvrement (2 et/ou 3). 2. Composant structurel absorbant les impulsions selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche intermédiaire (4) présente une forme ondulée. 3. Composant structurel absorbant les impulsions selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche intermédiaire (4) est formée d'éléments disposés angulairement. 4. Composant structurel absorbant les impulsions selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche intermédiaire (4) présente une forme trapézoïdale. 5. Composant structurel absorbant les impulsions selon la 25 revendication 1, caractérisé en ce que la couche intermédiaire (4) est formée de picots ou bosses. 6. Composant structurel absorbant les impulsions selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche 30 intermédiaire (4) présente une forme de boîte à oeufs.