CA2128363A1 - Dispositif de liaison pour tige composite - Google Patents
Dispositif de liaison pour tige compositeInfo
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Abstract
DISPOSITIF DE LIAISON POUR TIGE COMPOSITE La présente invention concerne un dispositif de liaison destiné à permettre notamment le raccordement de tiges en matériau composite à base de résine polymérisable et de fibres de renfort. Le dispositif comporte un manchon tubulaire lié de façon solidaire à une extrémité de la tige par déformation plastique dudit manchon placé autour de ladite extrémité. L'invention concerne également un procédé pour fixer des moyens de liaison sur des éléments allongés en matériau composite
Description
`; ` ,~ 2 1 2 8 3 6 3 . 1 La présente invention concerne un dispositif de liaison destiné à permettre notamment le raccordement de tiges en matériau composite à base de résine 5 polymérisable et de fibres de renfort. L'invention concerne également un procédé pour fixer des moyens de liaison sur des éléments allongés en matériau composite.
On connaît par le brevet US-A-5184682 une tige élastiquement flexible et résistante à la compression, adaptée à être poussée ou tirée dans un conduit. Leconduit peut être notamment un puits foré ou un tube lui même disposé dans un puits.
10 Il est décrit dans ce brevet US-A-5184682 un raccord adapté à ce type de tige et aux fonctions particulières de cette même tige. Mais ce raccord, constitué par un ensemble de pièces mécaniques coopérant entre elles, présente notamment les désavantages d'une fabrication complexe et d'un encombrement diamétral important. Cette dernière caractéristique lirnite l'usage d'un tel raccord à des conduits dont le diamètre intérieur 15 est suffisamment grand pour pouvoir accepter le passage d'une tige composite comportant un raccord de ce type.
' Ainsi la présente invention concerne un dispositif de liaison pour un élérnent allongé en résine et fibres de renfort. Le dispositif comporte un manchon tubulaire lié
20 solidairement à une extrémité dudit élément par déformation plastique dudit manchon placé autour de ladite exlrémité.
Le manchon tubul~ure peut comporter sur la paroi intérieure au moins une portion de surface ondulée.
La surface intérieure du manchon tubulaire peut être formée par au rnoins une 25 paire de troncs de cône de révolution, identiques et à bases parallèles, disposés contigus, selon l'axe du manchon et de facon à ce que leurs petites bases co~ncident.
La surface intérieure du manchon peut comporter au moins trois paires de troncs de cône raccordées entre elles par les grandes bases, en ce que les petites bases ont sensiblernent pour diamètre le diamètre de l'extrémité dudit élément et en ce que le 30 demi angle au sommet des cônes est compris entre 3 et l0 degrés.
Le dispositif peut comporter une substance polyméAsable entre ladite extrémité de l'élément et ledit manchon.
Ladite substance peut être une résine sensiblement de même composidon que celle dudit élément.
Ladite substance peut comporter des particules solides, par exemple des billes de verre.
L'invention concerne également un procédé d'assemblage de moyens de liaison sur un élément allongé en résine renforcée de fibres. Le procédé comporte les 5 étapes suivantes:
- on place autour d'une extrérnité dudit élément un manchon tubulaire dont la surface intérieure présente au moins une portion ondulée, ledit manchon étant lié
audits moyens de liaison, - on solidarise ledit manchon sur ladite extrémité en déformant plastiquement 10 ledit rnanchon par une compression centripète.
Dans une variante du procédé, on peut placer une substance polymérisable entre ladite extrémité et le manchon avant de défonner plastiquement ledit manchon.
On peut raccorder une extrémité d'un élément à une autre extrémité d'un autre élément à l'aide de moyens de liaison comportant deux manchons adaptés à coopérer 15 avec chacune des extrémités.
Ledit élément peut comporter au moins une ligne électrique, optique ou fluidique, et on peut raccorder ladite ligne après avoir enfilé lesdits manchons sur un élérnent.
L'invention sera mieux comprise et ses avantages appa~îtront clairement à la lecture de la description d'exemples, nullement limitatifs, illustrés par les figures ci-annexées, parmi lesquelles:
- La figure 1 illustre en coupe une réalisalion d'un dispositif de liaison selonl'invendon, avantserlissage.
- La figure 2 montre en coupe un dispositif de liaison après sertissage.
- La figure 3 montre en coupe le principe de fonctionnement de moyens de sertissage.
- La figure 4 décrit une variante des moyens de liaison appliqués au raccordement de deux extrérnités de tige composite.
Sur la figure 1, un manchon tubulaire 3, préférentiellement de forme extérieure cylindrique, est placé autour d'une e~trémité d'une dge 1 en matériaucomposite.
La présente invention n'est pas limitée à une seule composition du matériau composite, mais elle est cependant particulièrement adaptée au matériau composite constitué par de la résine réticulable, thermodurcissable ou thermoplastique, renforcée par des fibres, par exemple des fibres de verre, de carbone ou de polyaramide.
La surface intérieure de l'alésage du manchon 1 est usinée de façon à ce que, en coupe, la trace de la surface soit une ligne présentant des ondulations. Le passage le plus étroit 6 de ces ondulations doit être tel que l'on puisse enfiler l'extrémité de la tige 1.
Dans la réalisation illustrée par la figure 1, la surface intérieure de l'alésage 10 du manchon est usinée selon une succession de troncs de cône identiques racco~dés les uns aux autres par chacune des bases correspondantes. Cest à dire que la trace de la surface intérieure est une ligne brisée dont les sommets S correspondent aux grandes bases et les creux 6 aux petites bases des troncs de cône. Le demi angle au sommet peut être compris entre environ 3 et 10 degrés.
Sur la figure 1, le manchon est lié à un filetage 4 permettant l'assemblage rnécanique à, par exemple un outil de mesure ou dqntervention, un autre raccord, un bâti, une barre de charge ou un tube. Dans le cas où ladite tige composite comporte une ligne 2 (électrique, optique ou fluidique) un perçage 7 est adapté à laisser le passage de la ligne afin d'effectuer son raccordement. Bien entendu, la présente20 invention peut être mise en oeuvre avec tout autre moyen d'assemblage dont la fonction est équivalente à celle du filetage 4.
La figure 2 montre le manchon 3 solidarisé avec l'extrémité de la tige 1 à la suite de la déformation plastique ou sertissage du manchon sur la dge. La diminution 25 du diamètre extérieur du manchon procure un serrage permanent du manchon sur la tige. La forme de la surface intérieure de l'alésage est adaptée à fournir, après déformation plastique, une surface de contact suffisante pour résister aux efforts longitudinaux, tant de traction que de compression, ou aux efforts de torsion qui peuvent être appliqués sur la tige par l'intermédia~re du manchon et réciproquement.
30 De plus, les efforts d'écrasemen~ sur la dge, dûs au serdssage, ne doivent pas nuire à
la cohésion du matériau composite, en particulier ils ne doivent pas rompre les fibres de renfort. La trace en ligne brisée selon la figure 1 ou 2 est une des réalisadons préférentielles parmi d'autres possibles selon la présente invendon.
Pour améliorer la solidarisation du manchon serti sur la tige 1, on peut, avant serdssage, remplir l'espace compris entre la ~ge 1 et la surface intéAeure du manchon avec une substance réticulable ou non dont une des fonctions peut être d'augmenter le coefficient de frottement entre la tige et le manchon ou d'effectuer un collage. Il est 5 préféré d'utiliser pour une telle substance, une résine sensiblement de même composition que celle de la dge composite. On peut également incorporer à cette substance une charge sous forme de pardcules, par exemple des billes de verre.
La figure 3 montre en coupe un principe de serdssage du manchon 3 sur la tige 1. Une série de mâchoires 8 est disposée autour de la circonférence du manchon.
Un système de vérin hydraulique (non représenté) procure sur chaque mâchoire uneforce centripète selon la flèche référencée 9. Si la longueur des mâchoires est inférieure à la longueur du manchon, on répète l'opération de sertissage après déplacement en translation de l'ensemble des mâchoires sur la longueur du manchon.
La figure 4 représente une application du dispositif de liaison selon l'invendon, au raccordement de deux éléments allongés en matériau composite 1 et 1'.
Le moyen de liaison 10 comporte deux manchons 3 et 3' sertis sur chacune des extrémités des tiges 1 et 1'. Si les dges comportent des lignes 2 et 2', un moyen de connexion 11 relie entre elles les deux lignes 2 et 2'. Un orifice 12 pourra être utilisé
pour avoir accès à l'espace intérieur compris entre les tiges et l'intérieur desmanchons.
L'opéradon de montage peut s'effectuer ainsi:
- On enfile sur une des tiges 1 ou 1' I'élément 10, - On connecte les lignes 2 et 2' par le moyen de connexion 11, - On positionne, par translation, I'élément 10 par rapport aux deux extrémités des tiges 1 et 1' afin que les manchons 3 et 3' soient situés au droit des extrérnités des tiges, - On injecte par l'orifice 12 une substance réticulable afin d'améliorer la 30 cohésion des rnanchons 3 et 3' sur les tiges 1 et 1', - On sertit les manchons puis on polymérise ladite substance.
Il faut noter que l'ajout d'une substance réticulable est une opération faculta~ive et non indispensable à la présente invention.
Le raccordement ainsi effectué présente notamment les qualités de:
- rapidité de rnise en oeuvre, - simplicité des pièces et de l'outillage, - le diamètre extérieur du raccord est réduit et est assez proche du diamè~e extérieur de ia tige, - la longueur du raccord est réduite et optimisée. En effet, la longueur du manchon serti est fonction de la résistance souhaitée pour le raccord. Si pour une certaine application, la tenue à l'ancrage du manchon sur la dge peut être limitée, la longueur du manchon pourM être diminuée, - résistance du moyen de liaison vis-à-vis d'efforts longitudinaux bidirectionnels, traction et/ou compression, - résistance au couple de torsion.
ESSAI
Un manchon a été réalisé pour être serti sur une dge composite de diamètre 16 mm dont la résistance intrinsèque à la rupture en traction est d'environ 10 t. -Le rnanchon est fabriqué à partir dbn tube en acier doux XC 48 (limite élastique environ 350 MPa et limite à la rupture eoviron 650 MPa, en état normalisé).
Le diamètre extérieur du manchon est de 23 mm avant sertissage. Ls diamètre intérieur référencé 6 (figure 1) est de 16,2 mm et le diam~tre référencé 5 est de 18,2 mm. La hauteur de chaque tronc de cône H est de 10 mm. La surface ondulée intérieure du manchon étant constituée de six troncs de cône, sa longueur est donc de 60 mm.
Une substance réticulable du type époxyde avec durcisseur, par exemple de l~pikote 828 LM fabriqué par la société SHELL mélangé avec un durcisseur 25 TMHMDA fabriqué par la société HULS (RFA), est mis en place entre la tige et la surface ondulée. Des billes de verre dont la taille moyenne est d'environ 100 ~m sont ajoutées à la substance.
Après sertissage, le diamètre extérieur du manchon est d'environ 22,3 mm.
Des essais de traction sur un tel manchon serti sur une tige composite ont 30 donné une résistance de l'ancrage du manchon à au moins 8 t.
On connaît par le brevet US-A-5184682 une tige élastiquement flexible et résistante à la compression, adaptée à être poussée ou tirée dans un conduit. Leconduit peut être notamment un puits foré ou un tube lui même disposé dans un puits.
10 Il est décrit dans ce brevet US-A-5184682 un raccord adapté à ce type de tige et aux fonctions particulières de cette même tige. Mais ce raccord, constitué par un ensemble de pièces mécaniques coopérant entre elles, présente notamment les désavantages d'une fabrication complexe et d'un encombrement diamétral important. Cette dernière caractéristique lirnite l'usage d'un tel raccord à des conduits dont le diamètre intérieur 15 est suffisamment grand pour pouvoir accepter le passage d'une tige composite comportant un raccord de ce type.
' Ainsi la présente invention concerne un dispositif de liaison pour un élérnent allongé en résine et fibres de renfort. Le dispositif comporte un manchon tubulaire lié
20 solidairement à une extrémité dudit élément par déformation plastique dudit manchon placé autour de ladite exlrémité.
Le manchon tubul~ure peut comporter sur la paroi intérieure au moins une portion de surface ondulée.
La surface intérieure du manchon tubulaire peut être formée par au rnoins une 25 paire de troncs de cône de révolution, identiques et à bases parallèles, disposés contigus, selon l'axe du manchon et de facon à ce que leurs petites bases co~ncident.
La surface intérieure du manchon peut comporter au moins trois paires de troncs de cône raccordées entre elles par les grandes bases, en ce que les petites bases ont sensiblernent pour diamètre le diamètre de l'extrémité dudit élément et en ce que le 30 demi angle au sommet des cônes est compris entre 3 et l0 degrés.
Le dispositif peut comporter une substance polyméAsable entre ladite extrémité de l'élément et ledit manchon.
Ladite substance peut être une résine sensiblement de même composidon que celle dudit élément.
Ladite substance peut comporter des particules solides, par exemple des billes de verre.
L'invention concerne également un procédé d'assemblage de moyens de liaison sur un élément allongé en résine renforcée de fibres. Le procédé comporte les 5 étapes suivantes:
- on place autour d'une extrérnité dudit élément un manchon tubulaire dont la surface intérieure présente au moins une portion ondulée, ledit manchon étant lié
audits moyens de liaison, - on solidarise ledit manchon sur ladite extrémité en déformant plastiquement 10 ledit rnanchon par une compression centripète.
Dans une variante du procédé, on peut placer une substance polymérisable entre ladite extrémité et le manchon avant de défonner plastiquement ledit manchon.
On peut raccorder une extrémité d'un élément à une autre extrémité d'un autre élément à l'aide de moyens de liaison comportant deux manchons adaptés à coopérer 15 avec chacune des extrémités.
Ledit élément peut comporter au moins une ligne électrique, optique ou fluidique, et on peut raccorder ladite ligne après avoir enfilé lesdits manchons sur un élérnent.
L'invention sera mieux comprise et ses avantages appa~îtront clairement à la lecture de la description d'exemples, nullement limitatifs, illustrés par les figures ci-annexées, parmi lesquelles:
- La figure 1 illustre en coupe une réalisalion d'un dispositif de liaison selonl'invendon, avantserlissage.
- La figure 2 montre en coupe un dispositif de liaison après sertissage.
- La figure 3 montre en coupe le principe de fonctionnement de moyens de sertissage.
- La figure 4 décrit une variante des moyens de liaison appliqués au raccordement de deux extrérnités de tige composite.
Sur la figure 1, un manchon tubulaire 3, préférentiellement de forme extérieure cylindrique, est placé autour d'une e~trémité d'une dge 1 en matériaucomposite.
La présente invention n'est pas limitée à une seule composition du matériau composite, mais elle est cependant particulièrement adaptée au matériau composite constitué par de la résine réticulable, thermodurcissable ou thermoplastique, renforcée par des fibres, par exemple des fibres de verre, de carbone ou de polyaramide.
La surface intérieure de l'alésage du manchon 1 est usinée de façon à ce que, en coupe, la trace de la surface soit une ligne présentant des ondulations. Le passage le plus étroit 6 de ces ondulations doit être tel que l'on puisse enfiler l'extrémité de la tige 1.
Dans la réalisation illustrée par la figure 1, la surface intérieure de l'alésage 10 du manchon est usinée selon une succession de troncs de cône identiques racco~dés les uns aux autres par chacune des bases correspondantes. Cest à dire que la trace de la surface intérieure est une ligne brisée dont les sommets S correspondent aux grandes bases et les creux 6 aux petites bases des troncs de cône. Le demi angle au sommet peut être compris entre environ 3 et 10 degrés.
Sur la figure 1, le manchon est lié à un filetage 4 permettant l'assemblage rnécanique à, par exemple un outil de mesure ou dqntervention, un autre raccord, un bâti, une barre de charge ou un tube. Dans le cas où ladite tige composite comporte une ligne 2 (électrique, optique ou fluidique) un perçage 7 est adapté à laisser le passage de la ligne afin d'effectuer son raccordement. Bien entendu, la présente20 invention peut être mise en oeuvre avec tout autre moyen d'assemblage dont la fonction est équivalente à celle du filetage 4.
La figure 2 montre le manchon 3 solidarisé avec l'extrémité de la tige 1 à la suite de la déformation plastique ou sertissage du manchon sur la dge. La diminution 25 du diamètre extérieur du manchon procure un serrage permanent du manchon sur la tige. La forme de la surface intérieure de l'alésage est adaptée à fournir, après déformation plastique, une surface de contact suffisante pour résister aux efforts longitudinaux, tant de traction que de compression, ou aux efforts de torsion qui peuvent être appliqués sur la tige par l'intermédia~re du manchon et réciproquement.
30 De plus, les efforts d'écrasemen~ sur la dge, dûs au serdssage, ne doivent pas nuire à
la cohésion du matériau composite, en particulier ils ne doivent pas rompre les fibres de renfort. La trace en ligne brisée selon la figure 1 ou 2 est une des réalisadons préférentielles parmi d'autres possibles selon la présente invendon.
Pour améliorer la solidarisation du manchon serti sur la tige 1, on peut, avant serdssage, remplir l'espace compris entre la ~ge 1 et la surface intéAeure du manchon avec une substance réticulable ou non dont une des fonctions peut être d'augmenter le coefficient de frottement entre la tige et le manchon ou d'effectuer un collage. Il est 5 préféré d'utiliser pour une telle substance, une résine sensiblement de même composition que celle de la dge composite. On peut également incorporer à cette substance une charge sous forme de pardcules, par exemple des billes de verre.
La figure 3 montre en coupe un principe de serdssage du manchon 3 sur la tige 1. Une série de mâchoires 8 est disposée autour de la circonférence du manchon.
Un système de vérin hydraulique (non représenté) procure sur chaque mâchoire uneforce centripète selon la flèche référencée 9. Si la longueur des mâchoires est inférieure à la longueur du manchon, on répète l'opération de sertissage après déplacement en translation de l'ensemble des mâchoires sur la longueur du manchon.
La figure 4 représente une application du dispositif de liaison selon l'invendon, au raccordement de deux éléments allongés en matériau composite 1 et 1'.
Le moyen de liaison 10 comporte deux manchons 3 et 3' sertis sur chacune des extrémités des tiges 1 et 1'. Si les dges comportent des lignes 2 et 2', un moyen de connexion 11 relie entre elles les deux lignes 2 et 2'. Un orifice 12 pourra être utilisé
pour avoir accès à l'espace intérieur compris entre les tiges et l'intérieur desmanchons.
L'opéradon de montage peut s'effectuer ainsi:
- On enfile sur une des tiges 1 ou 1' I'élément 10, - On connecte les lignes 2 et 2' par le moyen de connexion 11, - On positionne, par translation, I'élément 10 par rapport aux deux extrémités des tiges 1 et 1' afin que les manchons 3 et 3' soient situés au droit des extrérnités des tiges, - On injecte par l'orifice 12 une substance réticulable afin d'améliorer la 30 cohésion des rnanchons 3 et 3' sur les tiges 1 et 1', - On sertit les manchons puis on polymérise ladite substance.
Il faut noter que l'ajout d'une substance réticulable est une opération faculta~ive et non indispensable à la présente invention.
Le raccordement ainsi effectué présente notamment les qualités de:
- rapidité de rnise en oeuvre, - simplicité des pièces et de l'outillage, - le diamètre extérieur du raccord est réduit et est assez proche du diamè~e extérieur de ia tige, - la longueur du raccord est réduite et optimisée. En effet, la longueur du manchon serti est fonction de la résistance souhaitée pour le raccord. Si pour une certaine application, la tenue à l'ancrage du manchon sur la dge peut être limitée, la longueur du manchon pourM être diminuée, - résistance du moyen de liaison vis-à-vis d'efforts longitudinaux bidirectionnels, traction et/ou compression, - résistance au couple de torsion.
ESSAI
Un manchon a été réalisé pour être serti sur une dge composite de diamètre 16 mm dont la résistance intrinsèque à la rupture en traction est d'environ 10 t. -Le rnanchon est fabriqué à partir dbn tube en acier doux XC 48 (limite élastique environ 350 MPa et limite à la rupture eoviron 650 MPa, en état normalisé).
Le diamètre extérieur du manchon est de 23 mm avant sertissage. Ls diamètre intérieur référencé 6 (figure 1) est de 16,2 mm et le diam~tre référencé 5 est de 18,2 mm. La hauteur de chaque tronc de cône H est de 10 mm. La surface ondulée intérieure du manchon étant constituée de six troncs de cône, sa longueur est donc de 60 mm.
Une substance réticulable du type époxyde avec durcisseur, par exemple de l~pikote 828 LM fabriqué par la société SHELL mélangé avec un durcisseur 25 TMHMDA fabriqué par la société HULS (RFA), est mis en place entre la tige et la surface ondulée. Des billes de verre dont la taille moyenne est d'environ 100 ~m sont ajoutées à la substance.
Après sertissage, le diamètre extérieur du manchon est d'environ 22,3 mm.
Des essais de traction sur un tel manchon serti sur une tige composite ont 30 donné une résistance de l'ancrage du manchon à au moins 8 t.
Claims (11)
1) Dispositif de liaison pour un élément allongé en résine et fibres de renfort,caractérisé en ce qu'il comporte un manchon tubulaire lié solidairement à une extrémité
dudit élément par déformation plastique dudit manchon placé autour de ladite extrémité.
dudit élément par déformation plastique dudit manchon placé autour de ladite extrémité.
2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit manchon tubulaire comporte sur la paroi intérieure au moins une portion de surface ondulée.
3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite surface intérieure du manchon tubulaire est formée par au moins une paire de troncs de cône de révolution, identiques et à bases parallèles, disposés contigus, selon l'axe du manchon et de façon à ce que leurs petites bases coïncident.
4) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la surface intérieure du manchon comporte au moins trois paires de troncs de cône raccordées entre elles par les grandes bases, en ce que les petites bases ont sensiblement pour diamètre le diamètre de l'extrémité dudit élément et en ce que le demi angle au sommet des cônes est compris entre 3 et 10 degrés.
5) Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte une substance polymérisable entre ladite extrémité de l'élément et ledit manchon.
6) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite substance est une résine sensiblement de même composition que celle dudit élément.
7) Dispositif selon l'une des revendications S ou 6, caractérisé en ce que ladite substance comporte des particules solides, par exemple des billes de verre.
8) Procédé d'assemblage de moyens de liaison sur un élément allongé en résine renforcée de fibres, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
- on place autour d'une extrémité dudit élément un manchon tubulaire dont la surface intérieure présente au moins une portion ondulée, ledit manchon étant lié
audits moyens de liaison, - on solidarise ledit manchon sur ladite extrémité en déformant plastiquement ledit manchon par une compression centripète.
- on place autour d'une extrémité dudit élément un manchon tubulaire dont la surface intérieure présente au moins une portion ondulée, ledit manchon étant lié
audits moyens de liaison, - on solidarise ledit manchon sur ladite extrémité en déformant plastiquement ledit manchon par une compression centripète.
9) Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on place une substance polymérisable entre ladite extrémité et le manchon avant de déformer plastiquement ledit manchon.
10) Procédé selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que l'on raccorde une extrémité d'un élément à une autre extrémité d'un autre élément à l'aide de moyens de liaison comportant deux manchons adaptés à coopérer avec chacune des extrémités.
11) Procédé selon la revendication 10 dans lequel ledit élément comporte au moins une ligne électrique, optique ou fluidique, caractérisé en ce que l'on raccorde ladite ligne après avoir enfilé lesdits manchons sur un élément.
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