DISPOSITIF MECANIQUE DISSIPATEUR D'ENERGIE
La présenté invention a pour objet un dispositif mécanique dissipateur d'énergie.
Plus précisément, la présente invention a pour objet un dispositif qui permet d'absorber l'énergie mécanique qui résulterait du choc entre une pièce fixe et une pièce mobile. Le dispositif est solidaire de la pièce fixe ou de la pièce mobile et il a pour but d'absorber l'énergie du choc entre les deux pièces. Ce dispositif permet donc d'éviter
les détériorations sur l'une ou. l'autre de ces deux pièces qui pourraient résulter du choc.
Il existe bien sur de très nombreuses circonstances dans lesquelles une pièce rendue mobile accidentellement est susceptible d'entrer en contact avec une autre pièce fixe. C'est en particulier le cas dans les installations nucléaires. Il existe dans un tel cadre plusieurs circonstances où cette situation peut se présenter. On peut par exemple considérer le cas de pièces qui sont suspendues et qui peuvent chuter
du fait d'une défaillance du système de sustentation, ou le cas de pièces qui sont manutentionnées au-dessus d'une autre pièce fixe. On peut encore envisager le cas d'une enceinte de confinement par exemple réalisée en béton armé et entourant la cuve d'un réacteur. S'il se produit l'éclatement d'un composant de l'installation, les morceaux ainsi libérés risquent d'être propulsés contre les parois de l'enceinte avec une très grande vitesse et donc une très grande énergie. Pour conserver l'intégrité de l'enceinte de confinement, il est nécessaire de disposer une telle structure de dissipation d'énergie sur le mur afin d'éviter la détérioration de l'enceinte de confinement.
Il existe encore un cas où une telle détérioration peut se produire; c'est par exemple au niveau des canalisations primaires ou secondaires dans lesquelles circule un fluide sous haute pression. En cas de rupture d'une telle tuyauterie, un effet de "fouet" peut se produire et l'extrémité ainsi libérée de la tuyauterie peut venir par ce mouvevement détériorer d'autres parties vitales de l'installation. Il est donc nécessaire de prévoir des dispositifs pour absorber l'énergie due à ce mouvement accidentel des tuyauteries afin de protéger les autres parties de l'installation. Ces exemples ne sont bien sur nullement limitatifs et ont simplement pour but de montrer que, en particulier dans une installation nucléaire, le problème de la dissipation d'énergie mécanique résultant du déplacement accidentel d'une pièce se présente en de nombreuses circonstances.
Par ailleurs, comme de tels dispositifs dissipateurs d'énergie doivent se trouver en grand nombre dans l'installa- tion nucléaire, il est hautement souhaitable d'utiliser des dispositifs qui, tout en étant très efficaces, ont un prix de revient relativement bas. En outre, selon les différentes circonstances où ces dispositifs sont utilisés, l'énergie à dissiper peut être très variable. Il est donc souhaitable de disposer de dispositifs amortisseurs ou dissipateurs d'énergie dans lesquels interviennent un grand nombre de paramètres de réglage effectivement accessibles pour adapter la courbe de
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ber.
La présente invention a précisément pour objet des dispositifs de dissipation d'énergie constituant en même temps des amortisseurs de chocs qui, tout en assurant une très grande stabilité et en donnant une courbe de réponse aux sollicitations correctes, sont de réalisation relativement simple et donc d'un coût relativement bas. En outre, le principe de ce dispositif de dissipation d'énergie mécanique peut tout aussi bien s'appliquer au cas où l'amortisseur doit avoir une forme plane, une forme de manchon ou une forme à courbures quelconques.
Le dispositif dissipateur d'énergie selon l'invention, se caractérise en ce qu'il comprend au moins trois couches de pièces allongées à. section droite constante choisies dans le groupe comprenant les tubes et les tiges pleines les pièces d'une même couche étant toutes disposées selon une même direction, les pièces des couches de rang pair étant disposées selon une première direction, les pièces des couches de rang impair étant disposées selon une deuxième direction différente de la première, les pièces d'une couche ayant une parité donnée étant décalées par rapport aux pièces des couches de même parité les plus proches, les pièces d'une même couche n'étant pas jointives, et en ce que les pièces d'une couche sont ponctuellement solidarisées avec les pièces des couches adjacentes en leurs points de contact.
Selon un mode préféré de réalisation, le dispositif se
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soins trois couches, chacune desdites couches étant constituée par une pluralité de pièces allongées équidistantes et non jointives, las axes des pièces d'une couche faisant avec les axes des pièces
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solidarisées entra elles.
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entra eux par des points de soudure disposés en leurs points de contact mutuel ou tout autre système de liaison, tel que collage, brasure, etc
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ou tiges est égal 3. [pound] et les tubes ou tiges d'une couche sur deux sont décalés d�una distance égale à f/2 par rapport aux tubes ou tiges de l'autre couche.
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gées constituant lesdites couches sont rectilignes et les pièces
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direction, les deux directions faisant entre elles un angle compris entre 45 et 135[deg.].
Selon un deuxième mode de mise en oeuvre, une couche sur deux est constituée par des tubes ou tiges rectilignes dont les axes sont tous parallèles, lesdits axes d.as tubes ou tiges desdites couches étant disposés sur des cylindres coaxiaux à section
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forme de tores, lesdits tubes ou tiges ayant même section droite que les tubes ou tiges des autres couches, l'ensemble dudit dispositif ayant ainsi la forme d'un manchon.
Le système dissipateur est constitué par les tubes ou les tiges croisés, les semelles sont-destinées à répartir les efforts, elles peuvent être solidaires des tubes ou des tiges ou bien des
<EMI ID=10.1> 'De toute façon, l'invention sera mieux comprise à la ,lecture de la description qui suit de plusieurs inodes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemple non limitatif. ses La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels on a
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- sur la figure 1, une vue en perspective d'un dispositif dissipateur d'énergie parallélépipédique pour absorber l'énergie d'une pièce mobile selon une direction verticale et constitué par des tubes,
- sur la figure 2, une vue de détail d'une partie de la figure 1,
- sur la figure 3, une vue en coupe verticale d'un mode de réalisation du dispositif pour protéger une structure courba;
- sur la figura 4, une vue. en coupe verticale d'un exemple de réalisation d'amortisseurs ayant la forme d'une couronne pour protéger une installation contre les débattemerits d'une tuyauterie,
- sur la figura 5, une courba montrant l'écrasement du système <EMI ID=12.1>
- sur la figure 6, un exemple de réalisation d'un amortisseur avec des tiges pleines, et
- sur la figure 7, une courbe donnant la loi de déformation d'un amortisseur à tiges.
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tielles. L'amortisseur est constitué essentiellement par l'empilement d'un certain nombre de couches jointives, chaque couche étant constituée par un certain nombre de tiges ou de tubes équidistants. Les tubes ou les tiges d'une couche font avec les tubes des deux couches adjacentes un angle qui est compris entre 45 et 135[deg.] On constitue ainsi une sorte de maillage de tubes ou de tiges croisés. Selon les cas, les tubes ou les tiges d'une même couche peuvent
avoir des axes rectilignes ou courbes. Les couches peuvent être planes ou avoir des axes disposés sur des surfaces courbes, par exemple sur des surfaces cylindriques coaxiales.
Sur la figure 1, on a représenté en perspective un mode de réalisation du dispositif permettant d'absorber l'énergie qui naîtrait de la chute d'une pièce sur une deuxième pièce fixe et plane référencée 2. Dans ce mode de réalisation, l'amortisseur a grosso modo
la forme d'un parallélépipède rectangle constitué par des couches planes de tubes entrecroisés.
De façon plus précise/ le dispositif amortisseur ou de
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également une semelle supérieure 6 constituée par une plaque métallique plane parallèle à la'semelle 2. Entre ces deux plaques qui limitent supérieurement et intérieurement le dispositif de dissipation d'énergie proprement dit, on trouve un certain nombre de tubes constituant des couches jointives. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, on trouve quatre couches référencées respectivement 8a, 8b, 8c et 8d. Chacune de ces couches est constituée par les tubes 10 à axe rectiligne et parallèles aux plaques 2 et 6. Tous les tubes constituant les différentes couches sont identiques aussi bien
en ce qui concerne leurs dimensions qu'en ce qui concerne le matériau dont ils sont constitués. Les axes-des.tubes 10 d'une même couche sont équidistants. Comme on l'a indiqué précédemment, les couches successives sont croisées, l'angle compris entre les axes de deux tubes disposés dans des couches adja-
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sation particulier représenté sur cette figure, les tubes des couches 8b et 8d ont leurs axes parallèles au plan de la fi-
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les mêmes dispositions avec les mêmes valeurs pour les dis-
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Il va de soi que le nombre de couches peut être
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constituant, comme on l'a déjà indiqué l'un des paramètres ce réglage du dispositif dissipateur d'énergie, en fonction des conditions d'utilisation.
En outre, afin de maintenir l'intégrité structurelle.du dispositif, les tubes sont solidarisés entre eux aux points de contacts de leur génératrice. Cette solidarisation peut être obtenue par exemple par soudure comme on l'a repré-
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darisation entre les tubes des couches Sa et 8d et les semelles d'extrémité 2 et 6 qui est de même nature que celle qui existe entre les tubes, si elles existent. Celles-ci, . ne sont pas indispensables si les pièces intervenant dans le choc ont-des surfaces convenables.
L'effet d'amortissement, du moins en ce qui concerne les couches intermédiaires (couches 8b et 8d de la figure 1), est obtenu par la conjonction de deux types de déformations : d'une part, il y a la déformation propre des tubes en leurs points de contact avec les tubes adjacents <EMI ID=22.1>
6 et cet effet est également obtenu au niveau des tubes des couches 8a et 8b, et d'autre part, un effet particulier lié aux couches intermédiaires. Cet effet particulier est la déformation par flexions selon la direction longitudinale des tubes due à l'effort appliqué par exemple par un tube de la souche 8a sur un tube de la couche 8b. En effet, la tube de
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intéressée par ce phénomène se comporte comme une poutre sur deux appuis simples B et C, constitues par les points de
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de la couche 8c. Il y a bien sur également une déformation au niveau du point de contact A entre le tube de la couche 8a et le tube de la couche 3b. En réalité, comme l'effort ? est réparti par l'intermédiaire de la semelle 6 entre la totalité des tubes des différentes couches, cet effet se produit pour
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est respecté entre les tubes de deux couches successives ayant: la même parité. A titre d'exemple, on a réalisé un amortisseur à l'aide de tubes dont les diamètres interne et externe sont respectivement égaux à 18 et 21 mm. Ces tubes ont une longueur de
167 mm et l'intervalle h entre deux tubes consécutifs d'une
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la courbe d'écrasement du dispositif dissipateur de la figure 1. En abscisses, on a représenté l'écrasement E en fonction
de l'effort F appliqué, les écrasements étant exprimés en millimètres et les efforts en kdaN. La courbe d'écrasement permet de voir qu'elle s'éloigne assez peu de celle d'un <EMI ID=30.1>
lèle à l'axe d'écrasement. La course utile de cet amortisseur est égale à environ le tiers de son encombrement en hauteur, non compris les semelles 2 et 6. On conçoit qu'un tel système présente une très grande souplesse de dimensionnement en jouant sur las dimensions des tubes, diamètres interne et externe, sur leurs espacements, sur le nombre de couches, sur la nature du matériau constituant les tubes. Le dissipa-
-Leur d'énergie décrit précédemment peut absorber 1,12 KJ pour 2 2
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Les tubes utilisés n'exigent aucune caractéristique particulière d'usinage. En particulier, il n'y a aucune tolé-
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tantes sans se rompra. On peut citer l'acier inoxydable,
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Sur la figure 3, on a représenté un autre mode de réalisation du dispositif dissipateur d'énergie permettait
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sation, on retrouve la semelle inférieure 2' et la semelle supérieure 6' qui épousent exactement la même forme que le
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représenté sur cette figure, on trouve quatre couches de tubes, la couche 14a est constituée, par des tubes dont les axes sont dans des plans parallèles au plan de la figure,
les axes épousant la forme du mur selon cette direction, il en va de même pour la couche 14c. Les couches 14b et 14d sont constituées par des tubes dont les axes sont perpendiculaires à ceux des tubes des couches 14a et 14c. Ces tubes sont soudés entre eux en leur point de contact. Il va de soi que par "axe du tube" il faut entendre le lieu des centres des cercles qui constituent les sections droites des tubes, ces axes n'étant pas bien entendu rectilignes On comprend qu'une telle disposition du dispositif permet de protéger le mur 12 contre tous projectiles qui pourraient venir le heurter.
Sur la figure 4, on a représenté un autre mode de réalisation du dispositif dissipateur d'énergie. Dans ce mode de réalisation, le dispositif se présente sous la forme d'un manchon cylindrique dont on a représenté la section droite.
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comprend une semelle interne 6", une semelle externe 2" et entre ces deux semelles un maillage de tubes constitué par
un certain nombre de couches disposées sur les surfaces cylin-
<EMI ID=39.1> ... ). Entre ces couches, les couches sont formées par des tubes qui constituent en fait des tores. Il s'agit par exemple de la coucha 16b. On constate qu'on reconstitue ainsi un <EMI ID=40.1>
surfaces planes. Le dispositif dissipateur d'énergie est fixé sur un massif fixe 18 par l'intermédiaire d'une pièce d'ancrage 20 solidaire de la semelle externe 2". La tuyauterie dont on veut se protéger et qui porte la référence 22
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tement en contact avec la semelle 6". Il existe en général un certain jeu entre tuyau et cadre pour permettre les déplacements de dilatation différentielle,, On comprend que, selon la
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positif amortisseur n'entoure qu'une faible portion de la longueur de la tuyauterie 22. Ce dispositif dissipateur d'énergie permet d'absorber l'énergie en cas de rupture de la tuyauterie 22.
On comprend que les différentes couches de tubes,
ces couchas étant toujours jointives et les tubes des deux couches adjacentes se croisant, peuvent être disposées sur
des surfaces quelconques qui épousent le contour .extérieur de la pièce à protéger. Les trois exemples donnés ne sont bien
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prévoir des dispositifs amortisseurs dans lesquels les tubes constituant la moitié des couches seraient disposés sur des surfaces présentant un certain rayon de courbure dans un plan de section, les tubes constituant les autres couches étant disposés sur des surfaces présentant un autre rayon de courbure selon un plan de section perpendiculaire au premier plan de section-- Comme on l'a expliqué précédemment, les tubes des couches solidaires des semelles 2 et 6 jouent un rôle particulier dans la mesure où ils ne constituent pas des poutres
de flexion. Dans ces conditions, il peut être.avantageux de remplacer les tubes des couches extrêmes par des tiges pleines.
Ces tiges présentent exactement le même diamètre que les tubes constituant les autres couches. On réalise ainsi une économie sensible sans affecter le fonctionnement du système. Si, par exemple, on se réfère à la figure 1, cela signifie qu'entre la semelle 6 et la couche 8a on interpose une couche de tiges pleines ayant même direction que les tubes de la couche 8b et qu'entre la semelle 2 et la couche 8d on interpose une couche
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Sur la figure 6, on a illustré le cas où l'amortisseur
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disposées de la même manière que les tubes 10 de la figure 2. Chaque couche comprend six ou cinq tiges pleines pour respecter la disposi-
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entra elles à leurs points de contact.
Il va de soi que dans ce mode de réalisation, seul l'effet de poutre sur appuis multiples joue. Plus précisément, cet effet intervient pour les tiges des couches 32b et 32e. Cependant, ce mode de réalisation simplifié permet d'obtenir des résultats intéressants comme le montre la courbe de la figure 7.
Cette courbe correspond à l'amortisseur de la figure 6,
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tiges ont un diamètre de 20 mm et sont réalisées avec un acier au carbone XC 18 S. L'entraxe entre deux tiges est égal à 45 mm. Cet acier a une limite pratique élastique comprise entre 25 et 35 h bars.
La courbe de la figure 7 qui donne l'écrasement E en millimëtresan fonction de l'effort appliqué en kdaN montre qu'on est encore relativement proche de la courbe idéale de déformation.
REVENDICATIONS
1. Dispositif dissipateur d'énergie, caractérise en ce qu'il comprend au moins trois couches de pièces allongées à section droite constante choisies dans le groupe comprenant les tubes et
les tiges pleines, les pièces allongées d'une même couche étant toutes disposées selon une même direction, les pièces des couches de rang pair étant disposées selon une première direction, les pièces des couches de rang impair étant disposées selon une deuxième direction différente de la première, les pièces d'une couche ayant une parité donnée étant décalées par rapportaux pièces des couches de même parité les plus proches, les pièces d'une même couche n'étant pas jointives, et en ce que les pièces d'une couche sont poncutellement solidarisées avec les pièces des couchas adjacentes en leurs points de contact.