Brevet FR3040320A1 — publié le 20170303

L'invention consiste en un procédé de confection de pièces ou de composants de toute taille en matériaux composites bridés, ainsi qu'en les dites pièces ou composants de construction eux-mêmes. Ces composants de construction en matériaux composites bridés sont conçus pour être plus résistants par le fait qu'ils sont quasiment épargnés des ruptures par fatigue les plus courantes pour les matériaux simples, ce qui augmentera leur durabilité. Ils participeront donc fortement à un développement durable ou au Développement durable. Pour cela les structures intérieures sont réticulées et sont donc bridées ou mises en contraintes, c'est-à-dire qu'elles sont maintenues, dans une conformation, que les sollicitations externes, censées être appliquées au cours de la vie du composant y compris les plus intenses de celles-ci, ne leur permettront pas d'atteindre. Si le seuil élevé, fixé par des études fiables, est dépassé, le composant en général, implosera. Il sera détruit complètement mais on sera en mesure de prévoir cette échéance, de le réformer et de le changer avant celle-ci. Le bridage ou la mise en contrainte du composant consiste à placer dans la structure réticulée, laquelle peut-être une pièce longue censée travailler en flexion ou poutre, un insert ou une barre, en l'occurrence transversale qui n'a pas le même coefficient de dilatation, linéique en particulier. Le procédé va consister à refroidir par des moyens industriels classiques la structure réticulée comportant l'insert, celle-ci va donc se déformer puisque elle est constituée d'un réseau hétérogène et anisotrope, comme un bilame, lorsqu'elle aura atteint la conformation souhaitée on bloquera celle-ci par un réseau périphérique ou une coque, puis on laissera le composant ainsi formé donc sa structure interne revenir à température ambiante. La structure voulant retrouver sa forme initiale correspondant à la température ambiante sera empêchée de le faire par le réseau périphérique pouvant consister en une coque. Elle sera donc sous contrainte. Le réseau périphérique ou la coque devra avoir une élasticité très faible pour bien figé la structure dans la conformation souhaitée, c'est-à-dire un module d'Young E élevé. Les charges d'exploitation vont soulager le réseau périphérique ou coque Quel est l'intérêt d'un tel procédé et de tels matériaux ? Tout d'abord il s'agit, nous l'avons dit, de quasiment supprimer les ruptures par fatigue. Illustrons cela par un exemple : Supposons une poutre console déformée par un câble inélastique ou presque qui tire son extrémité vers le bas , figures 1 et 2 Si le câble à une tension de 1000 Newtons pour obtenir cette conformation, la console ne sera guère déformée davantage si l'on place sur son extrémité une charge de 200 N , 500 N , ou 800N. Seule la relaxation du câble soulagé par la présence de la charge modifiera la conformation de la console. Cependant si le câble est quasi-inélastique cette modification d'équilibre, se traduisant par un déplacement que l'on pourrait qualifier d'indirect ou de secondaire ; sera très petite. Ainsi donc il n'y aura pas eu, entre l'application successive de ces trois charges, ce qui peut se rencontrer, de déplacements, donc de travail, donc de fatigue du matériau. 3040320 2 La console ainsi déformée à demeure aura une plus longue durée de vie. Cela sauf accident, 5 c'est-à-dire destruction par une charge supérieure à 1000 N ou 1000N x k si l'on veut mettre ici un coefficient de sécurité. On s'attachera plutôt à limiter la durée de vie des composants et en les réformant au bout de celle-ci. L'intérêt de la mise en contrainte par les forces intérieures de tels composants est donc de les rendre quasi insensibles indéformables à des sollicitations extérieures. Celles-ci ne font que 10 soulager la coque qui est tirée vers l'intérieure dans la mesure où, si les points d'application des forces sont adéquats, celles-ci diminuent les tractions que la structure intérieure exerce sur la coque. Nous devrions faire des schémas explicatifs mais nous n'avons plus le temps. Nous allons préciser le procédé thermique de mise en contrainte tout en étant bien conscient qu'il puisse 15 exister des variantes selon les coefficients de dilatation relatifs de l'insert, des barres de la structure réticulée, de la matière continue à ne pas oublier. Egalement selon que l'on refroidit ou que l'on chauffe avant de revenir à la température ambiante. Egalement selon la position de la barre qui joue le rôle d'insert. Décrivons donc précisément, un procédé qui semble celui préférable. Appliqué à une pièce 20 longue ou poutre ou composant élancé. Comme dans la demande 1500988 et 15 01678, la pièce longue en général prismatique comporte une frise formant un réseau interne à la pièce laquelle présente dans le plan principal de la pièce un motif répétitif. Globalement il est composé de croix formées de quatre quadrilatères plus un, entre lesquelles 25 sont intercalés des hexagones comportant leur diagonale horizontale. Figure 3 Tout d'abord rappelons que les croix n'ont pas de centre de symétrie. Elles sont constituées de quatre quadrilatères n'ayant que la verticale comme axe de symétrie que l'on appellera cerfs-volants ou CV. Cette diagonale verticale sera occupée par une barre insert qui n'aura pas le même coefficient de dilatation que les autres .La croix comporte un CV pour chaque branche, 30 les uns se déduisant des autres par des translations verticales ou horizontales Cela a pour conséquence d'avoir entre les CV un CV retourné formant le centre si l'on veut ou le coeur de la croix. Les hexagones ne sont pas réguliers. Ils sont formés de deux trapèzes isocèles, l'un étant plus haut que l'autre. Appliquons le procédé suivant : 35 La structure intérieure réticulée comportant l'insert est refroidit. On part d'une structure réticulée avec insert froide. Elle va prendre une certaine forme. On met le réseau périphérique ou la coque pour figer cette position. On met en oeuvre la matière continue -si c'est du béton il va produire de la chaleur en faisant sa prise. Le composant en fabrication reviendra progressivement à la température ambiante L'insert qui dans cette variante à un coefficient de 40 dilatation supérieur à celui du réseau va se dilater davantage. Mis en position de barres transversales, diamètre de CV ou d'octaèdre, l'insert va tirer les barres du réseau qui se dilateront moins que lui, les CV ou octaèdres devenant plus allongé en hauteur. Ces barres du réseau comprimeront la matière continue qui elle s'il s'agit de béton se dilate comme le réseau en acier. 45 3040320 3 Donc l'insert sera comprimé et conçu pour ne pas flamber, les barres du réseau seront en 5 traction, y compris les barres côté horizontaux supérieurs ou inférieurs d'hexagones, également celles situées sur l'axe médian diamètre d'hexagones. On peut remarquer, au niveau de la géométrie, qu'il n'est pas certain que la présence de CV empêchant la symétrie par rapport à l'axe médian soit nécessaire. Cela dans la mesure ou la coque n'empêcherait dans ce cas, certes pas un cintrage de la poutre, puisqu'il n'y en aurait pas 10 s'il s'agissait non pas de CV mais de losanges, mais un raccourcissement de celle-ci accompagné de son épaississement. Il y aurait néanmoins mise en contrainte du composant. En fait le choix de CV non losanges est nécessaire compte tenu qu'on a une déformation de courbage due au poids propre. En apesanteur on pourrait utiliser des losanges ou des octaèdres réguliers. La matière continue est comprimée, tout est en ordre. 15 IL convient cependant de préciser comment devront être appliquer les charges d'utilisation pour que notre composant fonctionne comme prévu. Nous avons déjà abordé cette question plus haut sans précision. A priori le mieux est d'appliquer les charges extérieures sur les sommets de CV ou d'octaèdres de façon à soulager les barres côtés de CV ou arêtes d'octaèdres qui sont tendu ainsi que l'insert . La matière continue ne verra guère de changement dans son 20 état de contrainte puisqu'il y a simple substitution entre les agents exerçant la compression. Nous avons adopté une disposition pour que le point séparant deux CV soit mobile sur la barre-insert transversale. Les deux barres côtés de deux CV situés par exemple à droite sont en continuité. Même chose à gauche. Il n'y a pas croisement des barres. Une bague réunit les deux 25 ou les quatre puisqu'en fait le plus souvent il s'agit d'octaèdres autour de la barre transversale- insert. Cela est visible sur la figure 3. Cette bague comme on peut le voir est solidaire de la barre horizontale située sur l'axe médian. En fait celle-ci est constituée comme un élément de chaîne d'arpenteur. La figure 4 montre que l'on peut avoir des hexagones plus larges, au moins trois fois plus larges que hauts. Sur la figure 5, ce sont toutes les barres horizontales qui sont 30 ainsi aménagées en élément de chaîne d'arpenteur, ainsi que des barres verticales entre les sommets latéraux des croix ce qui ne préjugent en rien de la nature de la liaison. Sur la figure 5 à droite, sont mise en place les cinquièmes barres faisant partie du réseau périphérique figeant la conformation. Nous remarquons que ces barres étant censés être comprimées lors de l'amincissement des CV, sont reliées au reste de la structure par une 35 triangulation APIQ ou DSJRC. Sur la figure 6 où les hexagones sont plus larges cette triangulation est plus étendue APEIFQB ou DSGJHRC. Ne figurent pas les barres horizontales médianes, donc sur le dessin aucune barres médianes. Dans une variante nous pouvons envisager de mettre celles diagonales de CV coeur de croix. C'est aussi ce que représente la figure 8 avec des carrés vides au sein de 40 l'hexagone. Nous avons représenté une pièce ou un composant élancé, pour une partie de frise réseau prise dans sa longueur. Il n'y a pas, sauf éventuelle exception de diagonales pour les CV coeur de croix. Cependant nous préconisons leur présence pour la croix octogonifiée sur appui et pour celle de la clé de voûte, Figure 7. 45 Maintenant nous allons voir quels sont les quadrilatères symétriques préférables pour un bon fonctionnement c'est-à-dire une tension la plus homogène de la matière continue, qui est en somme si l'on considère une section -et on peut le faire puisque nous avons aussi une section dans le plan perpendiculaire au dessin, celle à laquelle on est classiquement le plus habitué car 3040320 4 nous avons des octaèdres donc des quadrilatères symétriques ou CV dans les deux plans comme une toile tendue à l'intérieur du quadrilatère. Et ou rencontre -t-on ce problème de toile tendue dans un triangle sinon dans les ailes volantes ou ailes delta ? 5 En effet les cerfs-volants peuvent être aussi bien des quadrilatères symétriques convexes que des quadrilatères symétriques concaves. Dans les deux cas il faut que la toile soit bien tendue. Elle peut être fixée sur les quatre côtés du cerf volant on place la diagonale axe de symétrie alors qu'elle est froide contractée et on la laisse se réchauffer ce qui mettra la toile en tension. Et il ne faut pas qu'il y ait des plis. 10 Lors de l'utilisation du cerf-volant ou de l'aile delta, la pression de l'air - de quel côté est-elle en dessous pour une aile non rigide à mon avis mais cette finesse qui nous échappe peut-être ne doit pas nous empêcher d'avancer- crée un gonflement de la voile et donc une goulotte ayant pour section une demi-onde. Par réaction l'air créera une demi-onde inverse. Compte tenu du fait que la goulotte va en se rétrécissant jusqu'à la pointe de l'aile, il se créera 15 un système d'onde stationnaire circulaire pour autant que l'angle du triangle soit ne fraction entière de tour. Celui-ci a la forme d'un éventail complètement ouvert jusqu'à former un disque ondulé. Cela se produira sur chaque angle donc pour un triangle il faut pour être stabilisé que chaque angle soit une fraction entière de tour. Et en plus que leur somme fasse 180°. 20 Nous distinguerons donc par la suite un certain nombre de triangles ou de quadrilatères formés - ils peuvent l'être de trois façons- par ces triangles.. Parmi eux le triangle rectangle isocèle et sa médiane. Il peut être divisé en deux ainsi à l'infini. Le triangle équilatéral ou le quadrilatère obtenu par l'association de deux d'entre eux. Le demi- triangle équilatéral et les quadrilatères obtenus par l'association de deux d'entre eux 25 L'un d'eux étant un triangle isocèle d'angle au sommet 120°comportant sa médiane. On peut aussi avoir une aile delta dont la forme est celle complétant un triangle isocèle d'angle au sommet 120° pour obtenir un triangle rectangle isocèle de même base. REVENDICATIONS1. Procédé de confection de composants de construction en matériaux composites bridés conçus pour être plus résistants par le fait qu'ils sont quasiment épargnés des ruptures par fatigue les plus courantes pour les matériaux simples, ce qui augmentera leur durabilité contribuant donc fortement à un développement durable ou au Développement Durable caractérisé en ce qu'il consiste, pour une pièce longue censée être courbée et comportant une frise-réseau : 10 Préalablement à concevoir le réseau comme comportant en son sein des inserts ou barres-inserts se distinguant du matériau constituant le réseau principalement par un coefficient de dilatation différent en particulier plus élevé. Dans un premier temps à porter le réseau avec ses inserts à une température différente de la température ambiante ou d'utilisation, en particulier inférieure à celle-ci, ce qui lui 15 donnera une forme enveloppe propre à la température à laquelle il est soumis, cette forme étant la forme souhaitée. Dans un deuxième temps à lier le réseau, à un réseau périphérique, correspondant à la forme enveloppe du réseau interne, et pouvant consister en une coque en résine par exemple. 20 Dans un troisième temps à verser la matière continue à l'état liquide ou pâteux à l'intérieur de la coque pour que, soit grâce à la chaleur dégagée compte tenu de la température initiale de cette matière, soit par celle produite par la matière si celle-ci a les propriétés du béton ou du plâtre en faisant sa prise, cette chaleur absorbée par le réseau tend à faire revenir celui-ci à la forme qu'il avait initialement et met donc la 25 coque et le composant tout entier sous contraintes dues à des forces intérieurs, lesquelles le rendront quasiment indéformables quelles que soient les sollicitations extérieures d'utilisation situées en deçà de son seuil de destruction et pour un temps inférieur à sa durée de vie. 30 2 - Réseau selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il forme dans le plan principal, une frise formée par alternance, de croix dont chacune des quatre branches est un quadrilatère ayant seule la direction transversale à la frise comme axe de symétrie, et comportant autour du centre un autre quadrilatère identique aux quatre autres mais renversé, et d'hexagones comportant leur diagonale horizontale. 35 3 - Réseau selon la revendication 2 caractérisé en ce que les quadrilatères branches de croix essentiellement comporte des diagonales verticales étant des inserts tels qu'ils ont été définis à la revendication 1. 40 4 - Réseau spécifique selon la revendication 2 caractérisé en ce que les quadrilatères situés au coeur des croix situées aux appuis et à la clé de voûte comportent une barre diagonale horizontale, les autres quadrilatères ou CV n'en comportant pas. - Réseau spécifique caractérisé en ce que les quadrilatères superposés appartenant à deux 45 branches d'une même croix et donc traversés par la même barre insert transversale au composant poutre, n'ont pas leur sommet commun en forme de croisement ou de noeud 3040320 6 compact, mais leurs côtés respectifs à droite et à gauche se prolongeant de l'un à l'autre 5 laissant passer et coulisser l'insert entre les deux, la liaison entre les deux parties, en dent de scie ou ondulées ainsi formées respectivement à droite et à gauche étant assurée par une bague, disposition visible sur les figures 3 à 6. 6 - Réseau spécifique de l'invention caractérisé en ce que les croix ont leurs sommets 10 extérieurs reliés entre eux de façon à former des octogones non réguliers. 7 - Réseau spécifique selon la revendication 10, caractérisé en ce que les diagonales horizontales d'hexagones telle JR sont supprimées pour laisser passer les côtés verticaux d'octogones, KI et MN et sont remplacés comme sur la figure 8 par la diagonales horizontales 15 de CV coeur de croix, telles DJ et RT, ou encore par des diagonales du type KN ou Ml. 8- Quadrilatères symétriques du réseau selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il est constitué de deux triangles dont les angles mesurent des fractions de tour entières de préférence de numérateur 1, lesquels pouvant Âtre des triangles rectangles isocèles, des 20 triangles isocèles d'angle au sommet 180° ou encore des quadrilatères concaves ayant deux angles de 15°symétriques. 9 - Aile delta ou paire d'ailes en général,caractérisée en ce qu'elle emprunte la géométrie spécifique décrite à la revendication 8 25 - Procédé de construction d'une aile delta ou d'empennage d'avion caractérisé en ce que, avec un cadre en formequadrilatère symétrique conforme à ceux de la revendication 9, on mette en place la toile sur le cadre ainsi que la diagonale sur l'axe de symétrique qui est constituée d'un matériau ayant un coefficient de dilatation supérieur à celui dont est fait le 30 reste du cadre, alors que la température est très basse, inférieure aux températures que rencontrera l'aile delta au cours de sa durée d'utilisation, puis à laisser revenir l'aile delta à température ambiante. 35