Brevet FR3111632A1 — publié le 20211224

Vitrage monté sur une structure avec interposition d’un élément rigidifiant à surface d’appui localisée entre le vitrage et la structure. L’invention a pour objet un vitrage monolithique ou feuilleté (1), collé ou boulonné sur ou à travers une structure (3), directement ou par l’intermédiaire d’un cadre (4) qui pince le vitrage (1) et est lui-même collé ou boulonné sur ou à travers une structure (3), caractérisé en ce qu’au moins un boulon (2) ou une fraction de la colle (7) utilisé(e) coopère avec un élément rigidifiant (8) à surface d’appui localisée sur le vitrage (1) et/ou sur le cadre (4); un procédé de montage de ce vitrage ; et l’application de ce vitrage (1) comme vitrage soumis à des chargements et dont on souhaite limiter le flambement et la masse, en particulier comme vitrage aéronautique. Figure pour l’abrégé : Fig. 13 Vitrage monté sur une structure avec interposition d’un élément rigidifiant à surface d’appui localisée entre le vitrage et la structure L’invention se rapporte au domaine des vitrages de véhicules (terrestre, aquatique ou aérien) soumis à des chargements de divers types tels que pressions (statiques ou dynamiques), dilatation thermomécanique, vrillage de structure, … pouvant présenter un risque de flambement. Actuellement, les vitrages sont boulonnés ou collés directement ou par l’intermédiaire d’un cadre de pincement du vitrage, sur ou à travers la structure de montage (carlingue d’avion, …) de sorte à maintenir le vitrage solidaire de celle-ci. Dans le cas d’un montage boulonné, les vis viennent maintenir en appuis le vitrage sur la structure. Les points de fixation peuvent être nombreux, par exemple d’un nombre supérieur à 80 pour un vitrage de 1,2 m 2 : cela impose de monter les vis avec un jeu sur le vitrage ou le cadre de pincement de celui-ci, pour que les trous dans ce vitrage ou dans ce cadre soient en face de ceux correspondants dans la structure, pour les boulons serrés en dernier lieu. L’arrêt en translation du vitrage se fait par frottement (sous la tête de vis), et le rotulage sollicite le corps de la vis elle-même. Dans le cas d’un montage collé, la colle assure l’ensemble des reprises d’effort (rotulage, flexion, translation). Pour se prémunir du risque de flambement, les possibilités sont d’épaissir le transparent et/ou le cadre pour augmenter la raideur du vitrage, et/ou de multiplier le nombre de points de fixation pour rigidifier les conditions aux limites. Ces possibilités posent plusieurs problèmes, d’importance variable selon les domaines (terrestre / aérien), qui sont les suivants : - augmentation importante du poids : épaissir le transparent et augmenter le nombre de fixations impacte directement le poids du vitrage ; c’est particulièrement problématique dans les applications aéronautiques ; - augmentation du temps de montage: augmenter le nombre de fixations signifie un temps de remplacement plus long et plus coûteux (en temps et en composants) ; par ailleurs, multiplier le nombre de points de fixation augmente la complexité du serrage (ordre) et la répétabilité des conditions aux limites ; - affaiblissement de la résistance au bord : les perçages sont des zones de concentration de contraintes importantes ; augmenter le nombre de perçages signifie augmenter les contraintes ; par ailleurs, un transparent plus épais (plus raide) transmettra davantage de contraintes aux attachements en cas de choc (oiseau, piéton, animal, projectile…) : le bord de la structure de montage et le bord du vitrage (cadre) devront être dimensionnés en conséquence (plus lourd). L’invention consiste à diminuer fortement l’occurrence de flambement, tout en contenant la masse de tout vitrage soumis à des pressions. Les inventeurs ont imaginé de rigidifier localement le vitrage et les conditions aux limites, par le renforcement du vitrage en s’appuyant sur la fixation, plutôt que par le renforcement de la fixation. Cet objectif a été obtenu par l’invention qui, en conséquence, a pour objet un vitrage monolithique ou feuilleté, collé ou boulonné sur ou à travers une structure, directement ou par l’intermédiaire d’un cadre qui pince le vitrage et est lui-même collé ou boulonné sur ou à travers une structure, caractérisé en ce qu’au moins un boulon ou une fraction de la colle utilisé(e) coopère avec un élément rigidifiant à surface d’appui localisée sur le vitrage et/ou sur le cadre. Un vitrage monolithique consiste en une unique feuille transparente en verre minéral tel que sodocalcique, aluminosilicate, borosilicate…, éventuellement trempée thermiquement ou renforcée chimiquement, ou en matériau polymère tel que poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA), polycarbonate (PC), polyuréthane (PU), résine ionomère… Un vitrage feuilleté est constitué de plusieurs telles feuilles transparentes en verre minéral ou en matériau polymère collées deux à deux par une couche adhésive intercalaire en polyvinylbutyral (PVB), polyuréthane thermoplastique (TPU), éthylène-acétate de vinyle (EVA)… Le terme structure désigne une structure de montage telle que la carlingue d’un véhicule aérien, la carrosserie d’un véhicule terrestre. Le nombre, la forme et la position des éléments rigidifiants à surface d’appui localisée sur le vitrage et/ou sur le cadre sont spécialement définis en fonction des paramètres du cas d’emploi (dimension/forme/épaisseur du vitrage, rigidité de la structure, répartition de la pression, matériaux mis en œuvre…) pour supprimer ou au moins diminuer fortement toute occurrence de flambement et conserver la montabilité du produit sans contraintes. Les éléments rigidifiants à surface d’appui localisée conformes à l’invention sont intéressants pour les vitrages soumis à des pressions susceptibles de provoquer du flambement et dont on souhaite limiter la masse et/ou faciliter la mise en œuvre, le montage et/ou le remplacement. Dans une première variante de l’invention, l’élément rigidifiant est solidaire de la structure ou solidarisé à la structure au moyen dudit ou de ladite au moins un boulon ou une fraction de la colle utilisé(e). L’élément rigidifiant peut alors être une pièce non rapportée. Dans une deuxième variante n’excluant pas la première, l’élément rigidifiant est une pièce rapportée, c’est-à-dire en particulier associée au vitrage et à la structure par le montage. Dans une troisième variante n’excluant pas les deux précédentes, l’élément rigidifiant est intégré au vitrage (en particulier, avant sa fixation à la structure de montage). Dans une quatrième variante n’excluant pas les trois précédentes, l’élément rigidifiant est intercalé entre le vitrage et la structure lors du montage. Par le fait que ces variantes ne s’excluent pas mutuellement, on entend deux choses différentes. En premier lieu, il est avantageux, et même recommandé qu’un vitrage conforme à l’invention comporte sur toutes sa périphérie, des éléments rigidifiants à surface d’appui localisée relevant de variantes différentes parmi les quatre précitées, variantes choisies à un emplacement déterminé de la périphérie du vitrage, en fonction des paramètres du cas d’emploi du vitrage détaillés ci-dessus : notamment géométrie du vitrage, matériaux employés, répartition de la pression en utilisation… En second lieu, il n’est pas exclu qu’un élément rigidifiant à surface d’appui localisée puisse répondre à plusieurs des quatre variantes précitées. De préférence, l’élément rigidifiant est constitué d’un matériau rigide résistant mécaniquement métallique, céramique ou composite comprenant des charges et/ou fibres de renforcement, ou de tout autre matériau structurant. En particulier, l’élément rigidifiant est en composite de fibre de verre – résine époxy, fibre de carbone – résine époxy, fibre d’aramide – résine époxy, en aluminium, en acier ou en titane. Dans le composite, on peut employer aux fins de l’invention toutes résines équivalentes à une résine époxy, par exemple une résine thermodurcissable telle que polyester insaturé, urée-formol… L’invention a également pour objet un procédé de montage d’un vitrage décrit précédemment, caractérisé en ce que la fixation dudit élément rigidifiant à surface d’appui localisée sur le vitrage et/ou sur le cadre met en œuvre au moins un pincement, un collage, un vissage ou un rivetage. Un autre objet de l’invention consiste en l’application d’un vitrage tel que décrit ci-dessus, comme vitrage soumis à des chargements tels que pressions statiques ou dynamiques, dilatation thermomécanique / vrillage de structure susceptibles de provoquer du flambement, et dont on souhaite limiter la masse ou faciliter la mise en œuvre ou le remplacement. De manière privilégiée, cette application vise un vitrage aéronautique, notamment un vitrage d’avion ou d’hélicoptère Les dessins annexés illustrent l’invention. Les figures sont des représentations schématiques en coupe de vitrages soumis à des pressions statiques et/ou dynamiques, notamment d’avion, montés sur une structure. et représentent des vitrages boulonnés connus au repos. et représentent des vitrages boulonnés connus en position de flambement. et représentent des vitrages collés connus en conditions normales (au repos). et représentent des vitrages collés connus en conditions de flambement. et représentent des solutions connues de vitrages collés au problème du flambement. , , et représentent quatre réalisations différentes d’un vitrage conforme à l’invention. En référence à la , un vitrage 1 d’avion est pincé par un cadre 4 boulonné sur une structure 3 (carlingue) au moyen d’un boulon 2 constitué d’une vis et d’un écrou. Une rondelle 5 sépare la tête de vis de la moitié supérieure du cadre 4 de pincement du vitrage 1. Un joint d’étanchéité 6 à l’eau et à l’air sépare la moitié inférieure du cadre 4 et la structure 3. Eu égard au nombre éventuellement important de points de fixation par boulonnage du vitrage d’avion 1, la vis du boulon 2 est insérée avec du jeu dans le trou du cadre 4, afin que les trous du cadre 4 coïncident avec les trous correspondants de la structure 3, jusqu’à la fin du boulonnage, c’est-à-dire y compris pour les boulons serrés en dernier lieu. La diffère de la par l’absence d’un cadre 4 intermédiaire, le vitrage 1 étant cette fois lui-même muni d’un trou et boulonné directement sur et à travers la carlingue 3. La vis du boulon 2 est, pour les mêmes raisons qu’à la , insérée avec du jeu dans le trou du vitrage 1. Les vitrages montés des Figures 1, respectivement 2, sont représentés en condition de flambement, sur les Figures 3, respectivement 4. L’arrêt en translation se fait par frottement sous la tête de vis du cadre 4, respectivement du vitrage 1. Le rotulage sollicite le corps de la vis elle-même. Sur les Figures 5 et 6, un vitrage 1 est fixé à une structure 3 par l’intermédiaire de colle 7, par l’intermédiaire d’un cadre de pincement 4 sur la , directement sur la . Ces vitrages sont ici représentés en conditions normales, au repos, et en condition de flambement sur les Figures 7 et 8, sur lesquelles on observe qu’en plus du vitrage 1, c’est ici la colle 7 qui a à supporter une grande partie des déformations. Sur les Figures 9 et 10, pour limiter (diminuer, supprimer) le flambement, les vitrages montés des Figures 5, respectivement 6, peuvent être modifiés en les épaississant comme représenté sur les Figures 9, et dans une mesure supérieure encore 10. Sur la , le cadre 4 est également épaissi, ces deux mesures techniques ayant pour résultat d’augmenter la raideur du vitrage. Il est également connu de multiplier le nombre de points de fixation pour rigidifier les conditions aux limites. Cependant, l’alourdissement qui résulte de ces solutions connues est à l’évidence défavorable, surtout dans une application aéronautique. Dans un premier vitrage conforme à l’invention représenté sur la , un élément rigidifiant 8 à surface d’appui localisée sur le vitrage 1 est à la fois susceptible d’être intégré au vitrage 1 et intercalé entre le vitrage 1 et la structure 3 lors du montage, selon le procédé de montage, en particulier l’ordre du montage, avec prémontage éventuel de sous-ensembles. De manière avantageuse, l’élément rigidifiant 8 (surface de renfort) est intégré au sous-ensemble constitué par le vitrage 1 et le cadre 4 (ou encadrement). Dans un second vitrage conforme à l’invention représenté sur la , un élément rigidifiant 8 à surface d’appui localisée sur le vitrage 1 est solidarisé à la structure 3 au moyen d’un boulon 2. L’élément rigidifiant 8 est une pièce rapportée avec fixation boulonnée voire rivetée côté structure 3. Dans un troisième vitrage conforme à l’invention représenté sur la , un élément rigidifiant 8 à surface d’appui localisée sur le cadre 4 est solidaire de la structure 3 ; il est constitué d’une pièce rapportée collée ou soudée faisant partie intégrante de la structure. Dans un quatrième vitrage conforme à l’invention représenté sur la , un élément rigidifiant 8 à surface d’appui localisée sur le vitrage 1 est une pièce intégrée au vitrage 1. Il est imaginable de combiner plusieurs solutions conformes à l’invention sur un seul vitrage, par exemple les solutions distinctes avec encadrement 4 des Figures 11 et 13 d’une part, les solutions distinctes sans encadrement des Figures 12 et 14 d’autre part. Les solutions de l’invention sont très efficaces pour supprimer, ou tout au moins considérablement réduire les phénomènes de flambement. Vitrage monolithique ou feuilleté (1), collé ou boulonné sur ou à travers une structure (3), directement ou par l’intermédiaire d’un cadre (4) qui pince le vitrage (1) et est lui-même collé ou boulonné sur ou à travers une structure (3), caractérisé en ce qu’au moins un boulon (2) ou une fraction de la colle (7) utilisé(e) coopère avec un élément rigidifiant (8) à surface d’appui localisée sur le vitrage (1) et/ou sur le cadre (4). Vitrage (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’élément rigidifiant (8) est solidaire de la structure (3) ou solidarisé à la structure (3) au moyen dudit ou de ladite au moins un boulon (2) ou une fraction de la colle (7) utilisé(e). Vitrage (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’élément rigidifiant (8) est une pièce rapportée. Vitrage (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’élément rigidifiant (8) est intégré au vitrage (1). Vitrage (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’élément rigidifiant (8) est intercalé entre le vitrage (1) et la structure (3) lors du montage. Vitrage (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’élément rigidifiant (8) est constitué d’un matériau rigide résistant mécaniquement métallique, céramique ou composite comprenant des charges et/ou fibres de renforcement. Vitrage (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que l’élément rigidifiant (8) est en composite de fibre de verre – résine époxy, fibre de carbone – résine époxy, fibre d’aramide – résine époxy, en aluminium, en acier ou en titane. Procédé de montage d’un vitrage (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la fixation dudit élément rigidifiant (8) à surface d’appui localisée sur le vitrage (1) et/ou sur le cadre (4) met en œuvre au moins un pincement, un collage, un vissage ou un rivetage. Application d’un vitrage (1) selon l’une des revendications 1 à 7, comme vitrage soumis à des chargements tels que pressions statiques ou dynamiques, dilatation thermomécanique / vrillage de structure susceptibles de provoquer du flambement. Application d’un vitrage (1) selon la revendication 9, comme vitrage aéronautique, notamment comme vitrage d’avion ou d’hélicoptère.