CA2919927A1 - Structure made from composite materials for a carriage chassis - Google Patents
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Abstract
L'invention a pour objet une structure en matériaux composites, pour châssis de véhicule, ladite structure étant configurée pour accueillir un train roulant à chacune de ses extrémités. Cette structure comporte au moins une poutre centrale (31) qui comporte un caisson médian (314) présentant une partie centrale (311) et deux extrémités (312, 313) à la structure renforcée, la partie centrale comporte elle-même une partie renforcée augmentant la résistance de la poutre (11) aux efforts de flexion imposés par la charge transportée. Le caisson médian (314) est renforcé par deux caissons latéraux (315, 316) s'étendant sur toute la longueur du caisson médian (314), assemblés au dit caisson médian, dont les faces supérieures forment avec la face supérieure du caisson médian la face supérieur de la poutre. La structure comporte aussi un plancher (32) qui recouvre les faces supérieures du caisson médian (314) et des caissons latéraux (315, 316). Les éléments constituant la structure présentent des formes avantageusement simples, faciles à réaliser à partir de matériaux composites et faciles à assembler.The subject of the invention is a structure made of composite materials for a vehicle chassis, said structure being configured to receive a train running at each of its ends. This structure comprises at least one central beam (31) which comprises a median box (314) having a central part (311) and two ends (312, 313) with the reinforced structure, the central part itself comprises a reinforced part increasing the resistance of the beam (11) to the bending forces imposed by the load carried. The median box (314) is reinforced by two lateral boxes (315, 316) extending over the entire length of the median box (314), assembled to said median box, whose upper faces form with the upper face of the median box the upper face of the beam. The structure also includes a floor (32) that covers the upper faces of the middle box (314) and side boxes (315, 316). The elements constituting the structure have advantageously simple shapes, easy to make from composite materials and easy to assemble.
Description
Structure en matériaux composites pour châssis de wagon L'invention se rapporte au domaine général des structures de matériels roulants. L'invention porte plus particulièrement sur une conception de poutre composite destinée à alléger, par utilisation de matériaux composites, la structure d'un véhicule de transport ferroviaire (wagon), de transport de fret ferroviaire notamment.
Le secteur de la construction des wagons, comme c'est le cas dans tous les domaines du transport, cherche à diminuer la masse des structures formant le véhicule afin d'augmenter la charge utile et/ou de réduire les coûts de transport en maitrisant à la fois et les coûts de production des véhicules ainsi que leurs consommations d'énergie.
A ce jour les wagons sont exclusivement formés de structures métalliques, généralement en acier et parfois en aluminium.
Il est cependant naturel, en ce qui concerne les transports, d'envisager des réalisations plus légères, utilisant en particulier des matériaux composites. Mais il est également connu qu'on ne peut pas remplacer, par simple substitution de matériau, une structure en métal pour une structure de forme identique en matériau composite. Il est généralement nécessaire de reconcevoir entièrement les structures pour exploiter toutes les caractéristiques techniques et propriétés propres aux matériaux composites.
La nécessité de reconcevoir ces structures dans le cadre de l'emploi de matériaux composites tient notamment aux particularités décrites ci-après.
Une première particularité à considérer est le caractère anisotrope des matériaux composites, caractère dont il résulte que leurs propriétés, leur propriétés mécaniques en particulier, ne sont pas identiques dans toutes les Composite structure for wagon chassis The invention relates to the general field of the structures of rolling stock. The invention relates more particularly to a design of composite beam for lightening, using materials composites, the structure of a railway transport vehicle (wagon), rail freight transport in particular.
The wagon construction sector, as is the case in all areas of transport, seeks to reduce the mass of structures forming the vehicle in order to increase the payload and / or reduce the costs of transport by mastering both and the production costs of the vehicles as well as their energy consumption.
To date, wagons are exclusively composed of structures metal, usually steel and sometimes aluminum.
It is however natural, as far as transport is concerned, to consider lighter realizations, particularly using composite materials. But it is also known that one can not replace, by simple substitution of material, a metal structure for a structure of identical shape made of composite material. It is usually necessary to completely redesign structures to exploit all the technical characteristics and properties specific to the materials composites.
The need to redesign these structures in the context of employment of composite materials is due in particular to the particularities described after.
A first particularity to consider is the anisotropic nature of composite materials, which results in their properties, their mechanical properties in particular, are not identical in all
2 directions, du fait de la présence des fibres de renfort composant le matériau.
Une telle particularité impose de définir une architecture de matériau adaptée à chaque application.
Une autre particularité à considérer est la variété des procédés de fabrication employés (moulage, infusion sous vide, RTM (Resin Transfer Moulding), drapage, ....) ainsi que les techniques d'assemblage, utilisées pour assembler des éléments en matériaux composites, sont généralement propres à ces matériaux. Contrairement à ce qui ce passe avec des métaux, Il est en effet peu envisageable, par exemple, de souder des matériaux composites thermodurcissables, mais il est tout à fait approprié d'assembler de tels matériaux par collage, ce qui est exactement à l'opposé de ce qu'il est possible de réaliser avec des métaux.
Une autre particularité encore réside dans les spécificités des différentes variantes de matériaux composites disponibles, en particulier en ce qui concerne la nature des fibres utilisées, fibres minérales (fibres de verre, de carbone, etc...) ou bien organiques, nature qui confère aux composites correspondants des propriétés, des comportements, ainsi que des couts différents. Ainsi, les matériaux composites à base de fibres de verre sont les moins couteux, tandis que les composite à fibres de carbone apparaissent les plus chers.
Du fait de ces particularités, l'utilisation de structures en matériaux composites pour réaliser des matériels roulants capable de transporter des charges importantes, est à ce jour peu ou pas développée, en particulier en ce qui concerne la fabrication de wagons de marchandises notamment.
On rappelle ici que les matériaux composites considérés sont les matériaux composites dits "structuraux" qui sont des matériaux à base de fibres longues et continues qui représentent environ 50% du matériau, les autres 50% environ étant constitués par une matrice, en général en résine thermodurcissable, de type époxy (EP), diallylphtalate (DAP), polyester ou vinylester par exemple et, plus rarement, en résine thermoplastique, de type polyamide, PEEK ou PEI par exemple. 2 directions, because of the presence of the reinforcing fibers composing the material.
Such a feature requires defining a suitable material architecture to each application.
Another peculiarity to consider is the variety of methods of manufacturing employees (molding, vacuum infusion, RTM (Resin Transfer Molding), draping, ....) as well as assembly techniques, used to assemble elements made of composite materials, are generally specific to these materials. Unlike what happens with metals, In fact, it is hardly possible, for example, to weld materials thermosetting composites, but it is quite appropriate to assemble such materials by gluing, which is exactly the opposite of what it is possible to make with metals.
Another peculiarity lies in the specificities of the different variants of composite materials available, particularly in as regards the nature of the fibers used, mineral fibers ( glass, carbon, etc ...) or organic, nature that gives corresponding composites of properties, behaviors, as well as different costs. Thus, composite materials based on glass are the least expensive, while carbon fiber composite appear the most expensive.
Due to these features, the use of material structures composites for making rolling stock capable of transporting significant burdens, is so far little or not developed, particularly in concerning the manufacture of freight wagons in particular.
It is recalled here that the composite materials considered are the so-called "structural" composite materials which are materials based on long and continuous fibers which represent about 50% of the material, the about 50% being a matrix, usually resin thermosetting, epoxy type (EP), diallylphthalate (DAP), polyester or vinylester for example and, more rarely, in thermoplastic resin, such as polyamide, PEEK or PEI for example.
3 Un but de l'invention est de proposer une structure particulière en matériau composite pouvant être utilisée pour fabriquer des véhicules tels que ceux évoqués précédemment. En particulier, un but de l'invention est de définir une structure de plateforme de wagon, dont les caractéristiques de forme sont optimisées pour permettre sa fabrication en matériaux composites.
Le but final est ici de diminuer significativement la masse de la structure d'un wagon, tout en optimisant les coûts de fabrication pour des performances de robustesse égales ou supérieures aux performances des structures actuelles.
A cet effet l'invention a pour objet une structure en matériau composite, notamment pour châssis de véhicule de transport de marchandises ou de passagers, ladite structure étant configurée pour accueillir un train roulant ou un bogie à chacune de ses extrémités, ladite structure comportant au moins une poutre centrale formant un plateau sur lequel repose la charge du véhicule. Selon l'invention, ladite poutre comporte:
- un caisson médian présentant une partie centrale et deux extrémités, lesdites extrémités présentant des renforts pour supporter les contraintes transmises au châssis par les éléments d'articulation des trains roulants et par les éléments d'absorption de chocs, disposés aux extrémités du véhicule, la partie centrale du caisson médian étant configurée de façon à présenter une partie renforcée augmentant la résistance de la poutre aux efforts de flexion imposés par la charge transportée;
- deux caissons latéraux s'étendant sur toute la longueur du caisson médian, assemblés au dit caisson médian, et dont les faces supérieures forment, avec la face supérieure du caisson médian, la face supérieur de la poutre. Lesdits caissons latéraux sont configurés de façon à renforcer la résistance de la poutre aux efforts de flexion longitudinale et transverse qui lui sont imposés; 3 An object of the invention is to propose a particular structure composite material that can be used to make vehicles such as than those mentioned previously. In particular, an object of the invention is to define a wagon platform structure, the characteristics of which shape are optimized to allow its manufacture in materials composites.
The ultimate goal here is to significantly reduce the mass of the the structure of a wagon while optimizing manufacturing costs for robustness performance equal to or greater than the performance of current structures.
For this purpose the invention relates to a structure of material composite, in particular for chassis of a transport vehicle goods or passengers, said structure being configured to accommodate a running gear or a bogie at each of its ends, said structure comprising at least one central beam forming a plateau on which rests the load of the vehicle. According to the invention, said beam includes:
a median box having a central portion and two ends, said ends having reinforcements to withstand the stresses transmitted to the chassis by the articulating elements of the running gear and by the shock absorbing elements, arranged at the ends of the vehicle, the central part of the median box being configured to present a reinforced part increasing the resistance of the beam to the efforts of bending imposed by the load carried;
- two side boxes extending over the entire length of the box median, assembled at the said median box, and whose upper faces form, with the upper face of the median box, the upper face of the beam. Said side boxes are configured to reinforce the resistance of the beam to the longitudinal and transverse bending forces which are imposed on him;
4 - un plancher de recouvrement formant une peau, configuré de façon à recouvrir les faces supérieures du caisson médian et des caissons latéraux.
Selon l'invention, les différents éléments constituant la poutre sont réalisés en matériaux composites à renforts en fibres de verre ou en fibres de carbone ou en un mélange de fibres de verre et de fibres de carbone.
Selon diverses dispositions pouvant être considérées seules ou en combinaison la structure selon l'invention présente diverse caractéristiques complémentaires. Ainsi:
Selon une caractéristique particulière, le caisson médian étant constitué d'un demi-caisson supérieur s'étendant sur toute la longueur de la poutre et d'un demi-caisson inférieur disposé en partie centrale, les deux demi-caissons comportant chacun un fond et deux parois latérales. Le demi-caisson supérieur et le demi-caisson inférieur sont agencés l'un par rapport à
l'autre de telle façon que le fond du demi-caisson supérieur forme la face supérieure du caisson médian et que le fond du demi-caisson inférieur forme la face inférieure dudit caisson. Le fond du demi-caisson inférieur se prolonge par ailleurs à l'extérieur de celui-ci vers les extrémités de la poutre.
Selon une autre caractéristique particulière, une cloison intermédiaire en matériau composite est placée entre le demi-caisson supérieur et le demi-caisson inférieur, de façon à renforcer la rigidité du caisson médian ainsi que la résistance au flambage des parois latérales du demi-caisson supérieur et des parois latérales du demi-caisson inférieur.
Selon une autre caractéristique particulière, le plancher de recouvrement est constitué d'un élément principal (61) en forme de plaque, en matériau composite monolithique à renfort en fibres de verre, comportant dans sa partie médiane un élément de renfort (62) en matériau composite dimensionné de façon à couvrir la face supérieur du caisson médian (314).
Selon une autre caractéristique particulière, le fond du demi-caisson supérieur, le fond du demi-caisson inférieur ainsi que d'un élément de renfort médian de l'élément principal de la peau disposée sur la face supérieure de la structure sont réalisés en matériau composite monolithique à renfort constitué principalement de fibres unidirectionnelles, lesdites fibres étant préférentiellement des fibres de carbone.
Selon une autre caractéristique particulière, la structure selon l'invention comporte en outre des renforts latéraux en matériau composite 4 - a covering floor forming a skin, configured so to cover the upper faces of the middle box and caissons side.
According to the invention, the various elements constituting the beam are made of composite materials with fiberglass or fiber reinforcements of carbon or a mixture of glass fibers and carbon fibers.
According to various provisions that may be considered alone or in combination of the structure according to the invention has various characteristics complementary. So:
According to a particular characteristic, the median box being consisting of an upper half-box extending over the entire length of the beam and a lower half-box arranged in central part, the two half-boxes each having a bottom and two side walls. The half upper box and the lower half box are arranged relative to the other so that the bottom of the upper half-box forms the face top of the median box and that the bottom of the lower half-box forms the underside of said box. The bottom of the lower half-box is also extends outside of it towards the ends of the beam.
According to another particular characteristic, an intermediate partition made of composite material is placed between the upper half-box and the half-box lower box, so as to reinforce the rigidity of the median box as well as than the buckling resistance of the side walls of the upper half-box and side walls of the lower half-box.
According to another particular characteristic, the floor of cover consists of a plate-shaped main element (61), of monolithic composite material with fiberglass reinforcement, comprising in its middle part a reinforcing element (62) of composite material sized to cover the upper face of the median box (314).
According to another particular characteristic, the bottom of the half-box upper, the bottom of the lower half-box and a reinforcing element median of the main element of the skin arranged on the upper surface of the structure are made of monolithic composite material with reinforcement consisting mainly of unidirectional fibers, said fibers being preferentially carbon fibers.
According to another particular characteristic, the structure according to the invention further comprises lateral reinforcements made of composite material
5 disposés de part et d'autre de la poutre et agencés de façon a assurer la reprises des efforts appliqués sur les parties latérales de la structure par la charge transportée. Chaque renfort est solidaire d'un caisson latéral par une de ses extrémités et du caisson médian par son autre extrémité.
Selon une autre caractéristique particulière, les éléments formant la poutre sont constitués de faces planes en matériau composite.
Selon une autre caractéristique particulière, le demi-caisson supérieur comporte un fond constitué d'une plaque de matériau composite monolithique et des parois latérales à structure en sandwich constituée de deux peaux minces en matériau composite à renfort en fibres de verre et d'une âme constituée par un élément soit en mousse de matériau polymère, soit en un matériau à structure en nid d'abeille, ou soit en un bois de type balsa.
Selon une autre caractéristique particulière, le demi-caisson inférieur comporte un fond constitué d'une plaque de matériau composite monolithique et des parois latérales à structure en sandwich constituée de deux peaux minces en matériau composite à renfort en fibres de verre et d'une âme constituée par un élément soit en mousse de matériau polymère, soit en un matériau à structure en nid d'abeille, ou soit en un bois de type balsa.
Selon une autre caractéristique particulière, les éléments de renfort latéraux présentent une structure en sandwich constituée de deux peaux minces en matériau composite à renfort en fibres de verre et d'une âme constituée par un élément en mousse de matériau polymère ou en un matériau à structure en nid d'abeille, ou encore en un bois de type balsa.
Selon une autre caractéristique particulière, les différents éléments de la structure selon l'invention comportent des rebords agencés de façon à
permettre l'assemblage desdits éléments par collage et/ou boulonnage et/ou 5 arranged on either side of the beam and arranged so as to ensure the repeated efforts applied to the lateral parts of the structure by the transported load. Each reinforcement is secured to a lateral box by a its ends and the median box by its other end.
According to another particular characteristic, the elements forming the beam are made of flat faces made of composite material.
According to another particular characteristic, the upper half-box has a bottom consisting of a plate of composite material monolithic and side walls with sandwich structure consisting of two thin skins made of composite material with fiberglass reinforcement and a core constituted by an element made of foam of polymer material, either of honeycomb structural material, or of a type of wood balsa.
According to another particular characteristic, the lower half-box has a bottom consisting of a plate of composite material monolithic and side walls with sandwich structure consisting of two thin skins made of composite material with fiberglass reinforcement and a core constituted by an element made of foam of polymer material, either of honeycomb structural material, or of a type of wood balsa.
According to another particular characteristic, the reinforcing elements sides have a sandwich structure consisting of two skins thin fiberglass reinforced composite material and a core constituted by a foam element of polymeric material or a material with a honeycomb structure, or a balsa-type wood.
According to another particular characteristic, the different elements of the structure according to the invention comprise flanges arranged so as to allow the assembly of said elements by gluing and / or bolting and / or
6 rivetage, deux éléments assemblés l'un à l'autre présentant des rebords agencés de façon à être placés en vis-à-vis au moment de l'assemblage.
Les caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux appréciés grâce à la description qui suit, description qui s'appuie sur les figures annexées qui présentent:
- les figures 1 et 2, des illustrations schématiques présentant la structure de principe du châssis selon l'invention en vue latérale et en coupe frontale au niveau de la partie médiane du châssis.
- la figure 3, une vue schématique latérale, en coupe, d'un exemple de réalisation de châssis selon l'invention;
- la figure 4, une vue schématique en coupe transversale du châssis de la figure 3, selon un plan passant dans la zone centrale de la structure;
- la figure 5, une vue schématique en coupe transversale du châssis de la figure 3, selon un plan passant au niveau d'une extrémité de la structure;
- la figure 6, une vue schématique en coupe transversale du plateau surmontant la structure du châssis selon l'invention, dans le mode de réalisation de la figure 3;
- la figure 7, une vue schématique en coupe transversale du demi-caisson supérieur constituant la poutre du châssis selon l'invention, dans le même mode de réalisation;
- la figure 8, une vue schématique en coupe transversale du demi-caisson inférieur constituant la poutre du châssis selon l'invention, dans le même mode de réalisation;
- la figure9, une vue schématique en coupe transversale d'un caisson latéral constituant la poutre du châssis selon l'invention, dans le même mode de réalisation;
- la figure 10, une vue schématique en coupe transversale d'un panneau de renfort latéral pouvant être intégré à la poutre de la structure du châssis selon l'invention;
- la figure 11, une illustration schématique des différentes étapes de 6 riveting, two elements joined to each other with flanges arranged so as to be placed opposite each other at the time of assembly.
The features and advantages of the invention will be better thanks to the description which follows, which is based on the annexed figures which present:
- Figures 1 and 2, schematic illustrations showing the basic structure of the frame according to the invention in side and sectional view frontal at the middle part of the chassis.
FIG. 3, a schematic side view, in section, of an example of frame construction according to the invention;
- Figure 4, a schematic cross-sectional view of the frame of Figure 3, in a plane passing through the central zone of the structure;
- Figure 5, a schematic cross-sectional view of the frame of FIG. 3, according to a plane passing at one end of the structure;
- Figure 6, a schematic cross-sectional view of the plateau overcoming the structure of the frame according to the invention, in the embodiment of Figure 3;
FIG. 7 is a diagrammatic cross-sectional view of the half upper box constituting the beam of the frame according to the invention, in the same embodiment;
FIG. 8 is a diagrammatic cross-sectional view of the half lower box constituting the beam of the frame according to the invention, in the same embodiment;
- Figure 9, a schematic cross-sectional view of a box side constituting the beam of the frame according to the invention, in the same mode of achievement;
FIG. 10, a schematic cross-sectional view of a lateral reinforcement panel that can be integrated into the beam of the structure of the frame according to the invention;
- Figure 11, a schematic illustration of the different stages of
7 l'assemblage de la structure selon l'invention.
Les figures schématiques 1 et 2 ont pour objet de présenter la structure de principe du châssis selon l'invention. Selon ce principe le châssis selon l'invention comporte principalement un plateau supérieur 11 destiné à supporter la charge transportée 13, présentant des renforts d'extrémités 111 et 112, ainsi qu'un caisson bas 12, ou renfort, situé sous la partie centrale du plateau 11 destiné à conférer à l'ensemble une rigidité
accrue dans la partie centrale, en particulier en termes de flexion longitudinale et transverse.
Les renforts d'extrémités ont quant à eux pour fonction principale d'assurer la reprise des efforts imposés à la structure au niveau des axes d'articulation 113 et 114 du châssis avec les trains roulants du véhicule (bogies), ainsi que la reprise des efforts subis par le véhicule, le wagon, au niveau des pièces de liaisons, des absorbeurs de chocs ou tampons d'extrémités, etc...
Selon l'invention, les différents éléments structuraux du châssis sont réalisés en matériaux composites. La structure de chacun des éléments est par ailleurs définie de telle façon que les parties devant subir des contraintes dans le plan sont constituées par des voiles simples de matériau composite, à structure monolithique, comportant préférentiellement un renfort en fibres orientées longitudinalement, alors que les parties d'un élément devant subir des contraintes hors plan, des torsions par exemple, présentent une structure en sandwich formée de deux peaux en matériau composite séparées par un élément intercalaire, une âme, constitué d'un matériau de remplissage, de préférence le plus léger possible, une mousse de matériau polymère de type PS, PVC, PU, PET par exemple, ou encore du nida ou un bois de faible densité, de type balsa par exemple...
Selon les contraintes que doit supporter l'élément de structure considéré, les fibres constituant le renfort du matériau composite utilisé
sont soit des fibres de verre, soit des fibres de carbone, qui se présentent soit sous forme de plis unidirectionnel (U D), soit sous forme de plis tissés (tissus) que l'on empile autant que de besoin. La structure de chaque panneau, c'est 7 the assembly of the structure according to the invention.
The schematic figures 1 and 2 are intended to present the principle structure of the frame according to the invention. According to this principle the frame according to the invention mainly comprises a top plate 11 for supporting the transported load 13, having reinforcements ends 111 and 112, and a lower box 12, or reinforcement, located under the central portion of the plate 11 intended to give the assembly rigidity increased in the central part, especially in terms of flexion longitudinal and transverse.
End reinforcements have their main function to ensure the recovery of the forces imposed on the structure at the level of the axes articulation 113 and 114 of the chassis with the running gear of the vehicle (bogies), as well as the recovery of the forces undergone by the vehicle, the wagon, at level of connecting parts, shock absorbers or buffers of extremities, etc.
According to the invention, the various structural elements of the chassis are made of composite materials. The structure of each element is defined in such a way that parties to constraints in the plane are constituted by simple sails of composite material, with a monolithic structure, preferably comprising a fiber reinforcement oriented longitudinally, while the parts of an element to be subjected to off-plane stresses, such as torsions, have a sandwich structure formed of two skins made of composite material separated by an intermediate element, a core made of a material of filling, preferably as light as possible, a foam material PS type polymer, PVC, PU, PET for example, or nida or a low density wood, such as balsa wood ...
According to the constraints that the structural element must bear considered, the fibers constituting the reinforcement of the composite material used are either glass fibers or carbon fibers, which occur either in the form of unidirectional folds (UD), either in the form of woven folds (Tissue) that you stack as much as you need. The structure of each panel is
8 à dire le choix de plis, de leur orientation dans le matériau, de leur empilement est réalisé grâce à des outils de simulation biens connus de l'homme du métier ; sachant que l'on recherche toujours une optimisation en termes de masse et de cout de production de la pièce que l'on conçoit.
La description qui suit présente un exemple de réalisation d'un châssis de wagon construit sur cette structure types. Cet exemple a pour objet de bien mettre en évidence les caractéristiques techniques particulières de l'invention. La portée de l'invention n'est bien entendu pas limitée au cadre de ce seul exemple.
Comme l'illustrent les figures 3 à 5, dans cet exemple de réalisation, le châssis de wagon selon l'invention se compose principalement d'une poutre 31 qui regroupe les fonctionnalités du plateau supérieur 11 ainsi que le caisson bas 12 de la structure de principe décrite précédemment, la poutre 31 étant recouverte d'une plaque de revêtement 32.
Le revêtement 32, ou peau, est un élément plan, de relativement faible épaisseur, réalisé en matériau composite, dont les dimensions sont définies de façon à ce qu'il recouvre l'ensemble de la surface de la structure (du châssis). Dans un mode de réalisation préféré la peau 32 est constituée par un premier élément plan 321 en matériau composite à renfort en fibres de verre présentant une partie médiane renforcée sur sa face inférieure par un second élément plan 322 en matériau composite à renfort en fibres de verre également. Dans des formes de réalisation particulières, cependant, le second élément 322, peut également être réalisé en matériau composite à
renfort en fibres de carbone, éventuellement UD, de façon à présenter notamment une plus grande résistance mécanique (traction/compression et flexion en particulier) et un ratio poids-résistance plus faible.
La poutre 31 formant le plateau présente quant à elle une partie centrale 311 et de deux zones d'extrémités 312 et 313 sur lesquelles viennent s'articuler les trains roulants du véhicule, autrement dit les bogies du wagon dans l'exemple présent. D'un point de vue structurel, la partie centrale 311 et les deux extrémités 312 et 313 de la poutre 31 sont WO 2015/014818 to say the choice of folds, their orientation in the material, their stacking is achieved through well-known simulation tools from the skilled person; knowing that we are always looking for an optimization in terms of mass and cost of production of the piece that is conceived.
The following description shows an embodiment of a chassis wagon built on this structure types. This example is intended to well highlight the particular technical characteristics of the invention. The scope of the invention is of course not limited to the scope from this single example.
As illustrated in FIGS. 3 to 5, in this embodiment, the wagon frame according to the invention consists mainly of a beam 31 which groups together the functionalities of the upper plate 11 as well as the low box 12 of the principle structure described above, the beam 31 being covered with a cover plate 32.
The coating 32, or skin, is a flat element, of relatively low thickness, made of composite material, the dimensions of which are defined so that it covers the entire surface of the structure (from frame). In a preferred embodiment the skin 32 is constituted by a first plane element 321 made of composite material with fiber reinforcement glass with a reinforced middle part on its underside by a second planar element 322 made of composite material with fiberglass reinforcement also. In particular embodiments, however, the second element 322, can also be made of composite material to carbon fiber reinforcement, possibly UD, so as to present in particular greater mechanical strength (traction / compression and bending in particular) and a lower weight-resistance ratio.
The beam 31 forming the plateau has a part center 311 and two end zones 312 and 313 on which the rolling stock of the vehicle, in other words the bogies of the car in the present example. From a structural point of view, the part central 311 and the two ends 312 and 313 of the beam 31 are WO 2015/01481
9 constituées par un seul et même élément, réalisé en matériau composite, intégrant des éléments de renfort 35, 36 à ses extrémités, comme illustré par les figures 3 et 5. Ces éléments de renfort, se présentant sous forme de voiles ou de poutres en matériau composite, sont notamment destinés à
renforcer la zone de liaison et d'articulation avec les bogies ainsi que la transmission des efforts appliqués aux tampons.
Dans cet exemple de mise en oeuvre, la poutre 31 selon l'invention est constituée d'un caisson médian 314 et de deux caissons latéraux 315, 316 situés de part et d'autre du caisson médian 314, dans le sens longitudinal, et assemblés au caisson médian 314.
Selon la variante de réalisation considérée le caisson médian 314 peut être réalisé en une seule pièce. Néanmoins, pour des raisons de facilité de réalisation en particulier, il est préférentiellement réalisé en deux parties, un demi-caisson supérieur 317 s'étendant sur toute la longueur du wagon ainsi qu'un demi-caisson inférieur 318 qui vient renforcer le demi-caisson supérieur 317 dans la zone centrale 311 de la poutre 31. Le demi-caisson supérieur forme à la fois la partie centrale 311 et les extrémités renforcées 312 et 313 de la poutre 31.
Le demi-caisson inférieur 318, situé uniquement dans la partie centrale du wagon présente une paroi inférieure 319 qui a pour fonction de renforcer l'inertie de flexion de l'ensemble.
A cet effet cette paroi 319 se prolonge, comme l'illustre la figure 3, au-delà des limites du demi-caisson inférieur 318 jusqu'aux zones d'extrémité
312 et 313 du demi-caisson supérieur 317, de façon à fermer ledit demi-caisson supérieur et participer ainsi à la reprise des efforts, imprimés notamment par les axes d'articulation des bogies.
La hauteur de chaque demi-caisson, en particulier celle du demi-caisson inférieur 318, est définie en fonction des choix de fabrication retenus pour répondre aux contraintes mécaniques que doit supporter la structure, du poids du chargement en particulier.
Les caissons latéraux 315 et 316 sont, quant à eux, sont des éléments continus sur toute la longueur du wagon. Situés de part et d'autre du demi-caisson supérieur 317, ils constituent avec lui la face supérieure de la poutre 31 sur lequel repose la peau 32. Ils contribuent en outre à la tenue en flexion longitudinale et transverse du châssis ainsi formé et participent à la reprise des efforts au droit des tampons.
5 Dans une forme de réalisation particulière, illustrée par la figure 4, la partie centrale de la poutre 31 est par ailleurs renforcée latéralement par des éléments latéraux 33 et 34 en matériau composite, disposés en oblique et qui, selon la variante de réalisation considérée, habillent cette partie centrale en continu sur toute sa longueur et forment 2 parois de renfort latérales, ou, 9 constituted by a single element, made of composite material, incorporating reinforcing elements 35, 36 at its ends, as illustrated by FIGS. 3 and 5. These reinforcing elements, in the form of sails or beams of composite material, are intended in particular to reinforce the link and articulation area with the bogies and the transmission of forces applied to buffers.
In this embodiment, the beam 31 according to the invention is consists of a median box 314 and two side boxes 315, 316 located on either side of the median box 314, in the longitudinal direction, and assembled to the median box 314.
According to the variant embodiment considered, the median box 314 can be made in one piece. Nevertheless, for reasons of realization in particular, it is preferably made in two parts, a upper half-box 317 extending over the entire length of the car and a lower half-box 318 which reinforces the half-box upper 317 in the central zone 311 of the beam 31. The half-box upper forms both the central portion 311 and the reinforced ends 312 and 313 of the beam 31.
The lower half-box 318, located only in the part central of the wagon has a bottom wall 319 whose function is to strengthen the bending inertia of the whole.
For this purpose this wall 319 is prolonged, as illustrated in FIG.
beyond the limits of the lower half-box 318 to the end zones 312 and 313 of the upper half-box 317, so as to close said half upper chamber and thus participate in the resumption of efforts, printed in particular by the articulation axes of the bogies.
The height of each half-box, in particular that of the half lower box 318, is defined according to the manufacturing choices retained to meet the mechanical constraints that the structure must bear, from load weight in particular.
The side boxes 315 and 316 are, in turn, elements continuous over the entire length of the wagon. Located on either side of the half upper box 317, they constitute with it the upper face of the beam 31 on which the skin 32 rests. They also contribute to keeping flexion longitudinal and transverse chassis thus formed and participate in the recovery efforts to the right of tampons.
5 In a particular embodiment, illustrated by FIG.
central portion of the beam 31 is further strengthened laterally by of the lateral elements 33 and 34 made of composite material, arranged obliquely and which, according to the embodiment variant considered, dress this part power plant continuously along its entire length and form 2 lateral reinforcing walls, or,
10 alternativement, constituent des renforts localisés, formant des barres de renfort obliques espacées les unes des autres le long de la partie centrale de la poutre 31. Ces éléments de renfort 33 et 34 servent à la reprise des efforts de flexion transverses et limitent ainsi une éventuelle torsion de la structure.
Il est à noter que, suivant les hauteurs respectives des demi-caissons supérieur et inférieur, il est possible, dans une forme de réalisation particulière, d'ajouter un plateau intermédiaire pour stabiliser le caisson médian 314 réalisé à partir de ces deux demi-caissons 317 et 318, ce plateau, ou cloison, intermédiaire a pour fonction d'empêcher le flambage des cloisons latérales des demi-caissons supérieur et inférieur.
Les figures 6 à 10 permettent de présenter les caractéristiques morphologiques et structurelles des différents éléments décrits précédemment.
Comme illustré par la figure 6, le panneau constituant la peau 32 disposée sur la face supérieure de la structure est constitué d'un élément principal plan 61 couvrant par ses dimensions la totalité de la surface formée par les faces supérieures du caisson médian 314 et des caissons latéraux 315 et 316 et d'un élément de renfort médian 62, également plan, disposé en regard de la face supérieure du caisson médian 314.
Selon le mode de réalisation envisagé, l'élément principal 61 peut par exemple être réalisé en matériau composite à renfort en fibres de verre, de même que l'élément de renfort 62. Toutefois, dans des formes de réalisation particulières, le second élément 62, peut également être réalisé en matériau composite à renfort en fibres de carbone, éventuellement UD, de façon à 10 alternatively, constitute localized reinforcements, forming bars of oblique reinforcement spaced apart from each other along the central portion of beam 31. These reinforcing elements 33 and 34 serve for the resumption of efforts transverse flexion and thus limit any torsion of the structure.
It should be noted that, according to the respective heights of the half-boxes higher and lower, it is possible, in one embodiment particular, to add an intermediate plate to stabilize the box median 314 made from these two half-boxes 317 and 318, this tray, or partition, intermediate has the function of preventing buckling side walls of the upper and lower half-boxes.
Figures 6 to 10 show the characteristics morphological and structural aspects of the various elements described previously.
As illustrated in FIG. 6, the panel constituting the skin 32 arranged on the upper face of the structure consists of an element main plane 61 covering by its dimensions the totality of the formed surface by the upper faces of the median box 314 and lateral boxes 315 and 316 and a median reinforcement element 62, also planar, disposed in look at the upper face of the median box 314.
According to the embodiment envisaged, the main element 61 can example be made of composite material with fiberglass reinforcement, same as the reinforcing element 62. However, in embodiments the second element 62 may also be made of composite with carbon fiber reinforcement, possibly UD, so as to
11 présenter une plus grande résistance mécanique (traction/compression et flexion en particulier) et un ratio poids-résistance plus faible.
Les illustrations des figures 7 et 8 détaillent la morphologie et la structure du demi-caisson supérieur 317 et du demi-caisson inférieur 318 qui constituent le caisson médian 314.
Le demi-caisson supérieur 317 est formé principalement d'un fond 71 constitué par une paroi monolithique en matériau composite, et deux parois latérales 72 et 73, ces parois s'étendant sur toute la longueur du caisson médian. Le fond monolithique 71 peut selon les modes de réalisation envisagés être constitué des 2 peaux (76, 77) en matériau composite à
renfort en fibres de verre, le renfort étant principalement constitué de couches UD en fibres de verre, ou alternativement, pour des raisons de résistance mécanique notamment et de ratio poids-résistance plus faible, en matériau composite à renfort en fibres de carbone. Les deux parois latérales 72 et 73 présentent quant à elles une structure en sandwich formée des deux peaux 76, 77 en matériau composite séparées par un élément intercalaire 78, une âme, constitué d'un matériau de remplissage, une mousse de matériau polymère de type PS, PVC, PU, PET par exemple, ou encore un matériau à structure en nid d'abeille (nida) ou un bois de type balsa par exemple. Leur structure en sandwich permet aux parois latérales de présenter une meilleure stabilité en flambage.
Comme on peut le constater en considérant les figures 3, 4 et 5, le demi-caisson supérieur 317 présente une forme générale globalement parallélépipédique avec une face ouverte, opposée à la face formant le fond 71.
Selon une forme de réalisation préférée, les parois latérales 72 et 73 présentent quant à elles chacune un rebord 74 ou 75 s'étendant latéralement vers l'extérieur du demi-caisson sur toute la longueur de celui-ci, ce rebord étant utilisé pour réaliser l'assemblage du châssis complet.
Le demi-caisson inférieur 318 est principalement constitué, comme le demi-caisson supérieur d'un fond 81 et de deux parois latérales 82 et 83 qui bordent la partie centrale du caisson médian 314. De même que les parois 11 have greater mechanical strength (traction / compression and bending in particular) and a lower weight-resistance ratio.
The illustrations in Figures 7 and 8 detail the morphology and structure of the upper half-box 317 and the lower half-box 318 which constitute the median box 314.
The upper half-casing 317 is formed mainly of a bottom 71 consisting of a monolithic wall of composite material, and two walls sides 72 and 73, these walls extending over the entire length of the box median. The monolithic bottom 71 may according to the embodiments considered to consist of 2 skins (76, 77) of composite material to fiberglass reinforcement, the reinforcement mainly consisting of UD fiberglass layers, or alternatively, for reasons of mechanical resistance and a lower weight-resistance ratio, in particular composite material with carbon fiber reinforcement. The two side walls 72 and 73 have a sandwich structure formed of the two skins 76, 77 made of composite material separated by an intermediate element 78, a core made of a filling material, a foam of polymeric material of the PS, PVC, PU or PET type, for example, or a material with a honeycomb structure (nida) or a balsa-type wood by example. Their sandwich structure allows the side walls to have a better buckling stability.
As can be seen from Figures 3, 4 and 5, the upper half-casing 317 has a general shape overall parallelepipedic with an open face, opposite to the face forming the bottom 71.
According to a preferred embodiment, the side walls 72 and 73 each have a flange 74 or 75 extending laterally towards the outside of the half-box over the entire length of the latter, this rim being used to complete the assembly of the complete chassis.
The lower half-casing 318 is mainly constituted, as the upper half-box of a bottom 81 and two side walls 82 and 83 which border the central part of the median box 314. As well as the walls
12 72 et 73 du demi-caisson supérieur, les deux parois latérales 82 et 83 présentent ici une structure en sandwich.
Le fond 81, qui s'étend, comme cela a été dit précédemment, sur toute la longueur de la structure et qui a pour fonction de renforcer l'inertie de flexion de l'ensemble de la structure (du châssis), présente également une structure monolithique constituée, selon les modes de réalisation envisagés, des deux peaux en matériau composite à renfort en fibres de verre, le renfort étant principalement constitué de couches UD en fibres de verre, ou alternativement, notamment pour des raisons de résistance mécanique et de ratio poids-résistance plus faible, en matériau composite à renfort en fibres de carbone.
D'un point de vue morphologique le demi-caisson inférieur 318 présente une forme de prisme à bases trapézoïdales dont les bases représentent les parois latérales 82 et 83 du demi-caisson. Les faces avant et arrière du demi-caisson sont quant à elles constituées par le fond 81 qui se prolonge en oblique vers l'avant et vers l'arrière, au delà du demi-caisson inférieur 318, de façon à venir progressivement en contact du demi-caisson supérieur 317, par ses rebords 74 et 75, comme illustré par la figure 3 par exemple.
Dans une forme de réalisation préférée, illustrée par les figures 7 et 8, les parois latérales 72 et 73 présentent quant à elles chacune un rebord 84 ou 85 s'étendant latéralement vers l'extérieur du demi-caisson considéré sur toute la longueur de celui-ci, ce rebord étant utilisé pour réaliser l'assemblage du châssis complet. De même les parois latérales 82 et 83 présentent chacune un rebord 84 ou 85 s'étendant latéralement vers l'extérieur du demi-caisson sur toute la longueur de celui-ci.
Le fond 81 quant à lui présente, sur sa partie s'étendant hors du demi-caisson inférieur, des rebords plats 86 et 87, utilisés pour réaliser l'assemblage du châssis complet. Les rebords 86 et 87 sont configurés et agencés de telle façon qu'ils se trouvent placés, au niveau des extrémités de la structure, en regard des rebords 74 et 75 des parois latérales du demi-caisson supérieur 317. De même, les rebords 84 et 85 sont quant à eux configurés et agencés de telle façon qu'ils se trouvent placés, au niveau de la partie centrale de la structure, en regard des rebords 74 et 75 des parois 12 72 and 73 of the upper half-box, the two side walls 82 and 83 present here a sandwich structure.
The bottom 81, which extends, as has been said previously, on any the length of the structure and whose function is to reinforce the inertia of bending of the entire structure (of the chassis), also presents a monolithic structure constituted, according to the embodiments envisaged, two skins made of composite material with fiberglass reinforcement, the reinforcement consisting mainly of UD fiberglass layers, or alternatively, in particular for reasons of mechanical resistance and lower strength-to-strength ratio, made of composite material with fiber reinforcement of carbon.
From a morphological point of view the lower half-box 318 presents a trapezoidal-shaped prism shape whose foundations represent the side walls 82 and 83 of the half-box. The front faces and rear of the half-box are constituted by the bottom 81 which extends obliquely forwards and backwards beyond the half-box lower 318, so as to gradually come into contact with the half-box upper 317, with its flanges 74 and 75, as illustrated in FIG.
example.
In a preferred embodiment, illustrated by FIGS. 7 and 8, the side walls 72 and 73 each have a flange 84 or 85 extending laterally outwardly of the half-casing considered on the entire length of it, this rim being used to realize assembly of the complete chassis. Similarly the side walls 82 and 83 each have a flange 84 or 85 extending laterally to the outside of the half-box over the entire length of it.
The bottom 81 meanwhile, on its part extending out of half lower box, flat flanges 86 and 87, used to make assembly of the complete chassis. Edges 86 and 87 are configured and arranged in such a way that they are placed at the ends of the structure, facing the edges 74 and 75 of the side walls of the half upper box 317. Similarly, the edges 84 and 85 are themselves configured and arranged in such a way that they are placed at the level of the central part of the structure, opposite the edges 74 and 75 of the walls
13 latérales du demi-caisson supérieur 317. La présence de tels rebords facilite avantageusement l'assemblage du demi-caisson inférieur 318 et du demi-caisson supérieur 317 en un caisson médian unique 314. Cet assemblage peut par exemple être réalisé par collage des rebords, ou bien par rivetage ou par boulonnage, ou encore par un assemblage mixte collage-plus-rivetage de ces mêmes rebords.
D'un point de vue morphologique, les caissons latéraux 315 et 316, présentent des formes identiques. Comme l'illustre la figure 9, chaque caisson comporte une paroi latérale interne verticale 91, destinée à venir en contact d'une des parois latérales du demi-caisson supérieur 317 et une paroi latérale externe, oblique 92 formant un bord supérieur externe du châssis. L'orientation à l'oblique de la paroi latérale externe permet avantageusement de réaliser un appui sans ajustement pour assembler les éléments latéraux 33 et 34. Les parois latérales d'un caisson latéral sont reliées entre elles par un fond plat 93 parallèle au plan du fond 71 du demi-caisson supérieur.
D'un point de vue structurel, les parois de caissons latéraux sont constituées, comme les parois latérales des demi-caissons supérieur 317 et inférieur 318 de deux peaux en matériau composite, à renfort en fibres de verre, séparées par une âme en matériau de remplissage, en mousse de matériau polymère, ou en matériau à structure en nid d'abeille (nida), ou encore en bois, de type balsa par exemple.
Selon un mode de réalisation particulier, un matériau de remplissage peut être par ailleurs intégré dans les caissons 315 et 316, un matériau constitué soit de mousse de matériau polymère, ou un matériau à structure en nid d'abeille (nida), ou encore du bois de type balsa par exemple. Ce matériau permet de lier les peaux interne 91-92-93 des caissons latéraux 315-316 entre elles et à la peau placée à la face supérieure du plateau 32.
D'un point de vue structurel également, les éléments de renfort latéraux en matériau composite 33 et 34, destiné à renforcer la résistance à
la torsion et à la flexion (longitudinale et transverse) de la structure du châssis selon l'invention sont eux aussi constitués, comme les parois latérales des demi-caissons supérieur 317 et inférieur 318 de deux peaux en 13 side of the upper half-box 317. The presence of such edges facilitates advantageously the assembly of the lower half-box 318 and half upper box 317 in a single median box 314. This assembly can for example be achieved by gluing edges, or by riveting or by bolting, or by a joint collage-plus-assemblage riveting these same edges.
From a morphological point of view, the side boxes 315 and 316, have identical shapes. As illustrated in Figure 9, each box has a vertical inner side wall 91, intended to come into contact of one of the side walls of the upper half-casing 317 and a outer side wall, oblique 92 forming an outer upper edge of the frame. The oblique orientation of the outer side wall allows advantageously to achieve a support without adjustment to assemble the lateral elements 33 and 34. The lateral walls of a lateral box are interconnected by a flat bottom 93 parallel to the bottom plane 71 of the half upper box.
From a structural point of view, the side box walls are constituted, as the side walls of the upper half-boxes 317 and lower 318 of two skins made of composite material, with fiber reinforcement glass, separated by a core made of filling material, foam polymeric material, or material of honeycomb structure (nida), or still in wood, of balsa type for example.
According to a particular embodiment, a filling material can also be integrated in the casings 315 and 316, a material consisting of either a polymeric material foam or a structural material honeycomb (nida), or even balsa type wood. This material allows to bind the inner skins 91-92-93 of the side boxes 315-316 between them and the skin placed on the upper face of the plate 32.
From a structural point of view also, the reinforcing elements side panels of composite material 33 and 34, intended to enhance the resistance to twisting and bending (longitudinal and transverse) of the structure of the according to the invention are also constituted, as the walls side of the upper half-boxes 317 and lower 318 of two skins in
14 matériau composite, à renfort en fibres de verre, séparées par une âme constituée soit de mousse de matériau polymère, soit d'un matériau à
structure en nid d'abeille (nida), soit encore de bois de type balsa par exemple. Dans une forme de réalisation préférée illustrée par la figure 10 le corps 101 du renfort est prolongé par des rebords 102 et 103 agencés vis-à-vis du corps 101 de façon à faciliter l'assemblage de l'élément de renfort considéré avec la paroi latérale externe du caisson latéral correspondant 315 ou 316 et avec la paroi latérale du demi-caisson inférieur 318. Cet assemblage peut par exemple être réalisé par collage des rebords, ou bien par rivetage ou par boulonnage, ou encore par un assemblage mixte collage-plus-rivetage de ces mêmes rebords.
Comme on peut le constater à partir des figures 6 à 10, la structure de châssis selon l'invention, telle que décrite dans le texte qui précède, présente pour avantage important d'être constituée d'éléments présentant à la fois une morphologie simple et facile à assembler (faces et appuis sur faces planes), ainsi qu'une une structure interne facile à réaliser. Ces caractéristiques permettent avantageusement de faciliter l'assemblage d'une telle structure, malgré les dimensions parfois importantes de cette dernière.
Les éléments en matériaux composites formant la structure selon l'invention étant des éléments de forme simples présentant des faces planes, la structure selon l'invention peut avantageusement être construite de manière simple et peu onéreuse, les différents éléments en matériaux composites constituant la structure pouvant être réalisés par mise en oeuvre de procédés simples, principalement par drapage de pré-imprégnés et/ou de fibres sèches, associé à une polymérisation sous vide ou RTM, ou encore par infusion compte tenu de la grande dimension des éléments fabriqués, tels que ceux mis en oeuvre dans la réalisation de pales d'éoliennes par exemple.
Par ailleurs, compte tenu du concept de structure composite selon l'invention, l'assemblage des différents éléments en composites constituant le châssis selon l'invention, est avantageusement simple à réaliser dans la mesure où toutes les liaisons ont lieu le long d'appuis plans et linéaires prévus à cet effet, l'ensemble pouvant être réalisé à l'aide d'outillages peu complexes, par collage, ou bien par rivetage ou par boulonnage, ou encore par un assemblage mixte collage-plus-rivetage des différents éléments les uns aux autres par exemple.
La figure 11 illustre de manière schématique le procédé d'assemblage 5 d'une structure de châssis selon l'invention à partir des éléments constitutifs décrits précédemment, procédé qui comporte:
- une première étape (étape 1) qui consiste à assembler les demi-caissons supérieur 317 et inférieur 318 pour former le caisson médian 314;
- une deuxième étape (étape 2) qui consiste à assembler les caissons 10 latéraux 315 et 316 sur le caisson médian 314 pour constituer la poutre formant le plateau de la structure, l'assemblage étant réalisé au niveau du demi-caisson supérieur 317; en ayant éventuellement intégré dans les caissons 315-316 un matériau de remplissage constitué soit d'une mousse de matériau polymère, soit d'un matériau à structure en nid d'abeille (nida), 14 composite material, reinforced with fiberglass, separated by a core made of either a polymeric material foam or a honeycomb structure (nida), which is still Balsa type wood by example. In a preferred embodiment illustrated in FIG.
body 101 of the reinforcement is extended by flanges 102 and 103 arranged vis-à-body screw 101 so as to facilitate the assembly of the reinforcing element considered with the outer side wall of the corresponding side box 315 or 316 and with the side wall of the lower half-box 318. This assembly may for example be made by gluing edges, or by riveting or bolting, or by a joint collage-more-riveting these same ledges.
As can be seen from Figures 6 to 10, the structure of chassis according to the invention, as described in the foregoing text, present important advantage of being made up of elements with both a morphology simple and easy to assemble (faces and supports on plane faces), as well as an internal structure that is easy to make. These features advantageously make it easier to assemble such a structure, despite the sometimes important dimensions of the latter.
Composite material elements forming the structure according to the invention being simple shaped elements having plane faces, the structure according to the invention can advantageously be constructed of simple and inexpensive way, the different elements in materials composites constituting the structure that can be made using simple processes, mainly by draping prepregs and / or dry fibers, combined with vacuum or RTM polymerization, or by infusion given the large size of the elements manufactured, such as those implemented in the realization of wind turbine blades by example.
Moreover, given the concept of composite structure according to the invention, the assembly of the various components of composites constituting the frame according to the invention is advantageously simple to achieve in the as long as all the connections take place along planar and linear supports provided for this purpose, the assembly can be achieved with the help of tools complex, by gluing, or by riveting or bolting, or by a mixed collage-plus-riveting assembly of the different elements the to each other for example.
Figure 11 schematically illustrates the assembly process 5 of a frame structure according to the invention from the elements constituent previously described, which method comprises:
- a first step (step 1) which consists in assembling the half upper caissons 317 and lower 318 to form the median box 314;
a second step (step 2) which consists in assembling the caissons 10 lateral 315 and 316 on the median box 314 to constitute the beam forming the plate of the structure, the assembly being made at the level of upper half-box 317; having eventually integrated into the boxes 315-316 a filling material consisting of a foam of polymeric material, that is to say material of honeycomb structure (nida),
15 ou soit encore de bois de type balsa par exemple.
- une troisième étape (étape 3) consistant à fixer la peau 32 sur la face supérieure de la poutre 31 de façon à recouvrir les faces supérieures du demi-caisson supérieur 317 et des caissons latéraux 315 et 316;
- une quatrième étape (étape 4) consistant, le cas échéant à fixer les éléments de renfort latéraux 33 et 34 sur la poutre 31.
Il est à noter que, dans le cas où le châssis réalisé comporte effectivement des éléments de renfort latéraux, les étapes 3 et 4 peuvent être permutées. Par ailleurs, selon les modes de réalisation envisagés les étapes 1 à 4 peuvent être réalisées dans un ordre différent, 2, 3, 1, 4 ou 3, 2, 1, 4 par exemple.
Il est à noter également que, durant la deuxième étape, l'assemblage des demi-caissons supérieur 317 et inférieur 318 peut être réalisé en intercalant entre les deux demi-caissons, à la liaison des rebords74-75 et 84-85, un plateau intermédiaire, comme décrit précédemment, ce plateau ayant pour fonction de renforcer la rigidité de la poutre assemblée.
Selon l'invention, la poutre composite 31 ainsi réalisée intègre à ses extrémités, au niveau des renforts, des éléments métalliques dont le rôle est notamment de réaliser l'interface avec les bogies et avec les tampons 15 or still balsa type wood for example.
a third step (step 3) of fixing the skin 32 on the face upper beam 31 so as to cover the upper faces of the upper half-box 317 and side boxes 315 and 316;
- a fourth step (step 4) consisting, where appropriate in setting the lateral reinforcing elements 33 and 34 on the beam 31.
It should be noted that, in the case where the chassis produced comprises effectively side reinforcing elements, steps 3 and 4 can be permuted. Moreover, according to the embodiments envisaged, steps 1 to 4 can be performed in a different order, 2, 3, 1, 4 or 3, 1, 4 for example.
It should also be noted that during the second stage, the assembly upper half-boxes 317 and lower 318 can be made in intercalating between the two half-boxes, the connection edges 74-75 and 84-85, an intermediate plateau, as previously described, this plateau having for the function of reinforcing the rigidity of the assembled beam.
According to the invention, the composite beam 31 thus produced integrates with its ends, at the level of reinforcements, metal elements whose role is in particular to achieve the interface with the bogies and with the buffers
16 d'extrémités. La fixation des éléments métalliques à la structure en matériau composite selon l'invention est réalisée par des moyens de fixation appropriés (boulons et/ou rivets), par exemple en utilisant une technique appropriée d'assemblage entre des pièces métalliques et des pièces en matériau composite, telle que celle décrite dans le brevet FR 2 948 154 appartenant à la déposante.
Par suite la réalisation complète d'un châssis selon l'invention comporte également, une opération de mise en place et de fixation des éléments d'interface sur la poutre 31, au niveau des extrémités des caissons 315, 316 et 317, opération qui selon la méthode de fabrication retenue peut être réalisé sur les caissons avant assemblage ou en cours d'assemblage, après l'étape 2 par exemple.
Ainsi qu'il ressort de la description précédente, cette invention peut être utilisée sur tous les types de véhicules ferroviaires destinés au transport de fret (wagons) ou de passagers. Elle peut également être utilisée pour réaliser des châssis de véhicules de fret routier, des remorques de poids lourds en particulier. 16 end. Fixing metal elements to the material structure composite according to the invention is carried out by fastening means bolts and / or rivets, for example using a technique appropriate assembly between metal parts and composite material, such as that described in patent FR 2 948 154 owned by the applicant.
As a result the complete realization of a frame according to the invention also includes an operation for setting up and fixing interface elements on the beam 31, at the ends of the caissons 315, 316 and 317, which according to the method of manufacture chosen may be made on the caissons before assembly or during assembly, after step 2 for example.
As can be seen from the preceding description, this invention may be used on all types of railway vehicles intended for transport freight (wagons) or passengers. It can also be used to realize chassis of road freight vehicles, weight trailers heavy goods in particular.
Claims (11)
- un caisson médian (314) présentant une partie centrale (311) et deux extrémités (312, 313), lesdites extrémités présentant des renforts (35, 36) pour supporter les contraintes transmises au châssis par les éléments d'articulation des trains roulants et par les éléments d'absorption de chocs, disposés aux extrémités du véhicule, la partie centrale du caisson médian (314) étant configurée de façon à
présenter une partie renforcée augmentant la résistance de la poutre (11) aux efforts de flexion imposés par la charge transportée;
- deux caissons latéraux (315, 316) s'étendant sur toute la longueur du caisson médian (314), assemblés au dit caisson médian, dont les faces supérieures forment avec la face supérieure du caisson médian la face supérieur de la poutre, lesdits caissons latéraux étant configurés de façon à renforcer la résistance de la poutre aux efforts de flexion longitudinale et transverse qui lui sont imposés - un plancher de recouvrement (32) formant une peau, configuré de façon à recouvrir les faces supérieures du caisson médian (314) et des caissons latéraux (315, 316);
Les différents éléments constituant la poutre (31) étant réalisés en matériaux composites à renforts en fibres de verre ou en fibres de carbone ou en un mélange de fibres de verre et de fibres de carbone. 1. Structure made of composite materials, for vehicle chassis of transport of goods or passengers, said structure being configured to accommodate a train running at each of its ends, characterized in that it comprises at least one beam central unit (31) forming a platform on which the load of the vehicle, said beam comprising:
a median box (314) having a central portion (311) and two ends (312, 313), said ends having reinforcements (35, 36) for supporting the stresses transmitted to the frame by the articulating elements of the running gear and by the elements of shock absorption, arranged at the ends of the vehicle, the part center of the median box (314) being configured to have a reinforced part increasing the resistance of the beam (11) the bending forces imposed by the load carried;
- two lateral boxes (315, 316) extending over the entire length of the median box (314), assembled at said median box, whose upper faces form with the upper face of the median box the upper face of the beam, said boxes side positions being configured to reinforce the resistance of the beam to the longitudinal and transverse bending forces which are imposed a covering floor (32) forming a skin, configured to cover the upper faces of the box median (314) and side boxes (315, 316);
The various elements constituting the beam (31) being made of composite materials with fiberglass or fiber reinforcements carbon or a mixture of glass fibers and carbon fibers.
renforcer la rigidité du caisson médian (314) ainsi que la résistance au flambage des parois latérales (72, 73) du demi-caisson supérieur (317) et des parois latérales (82, 83) du demi-caisson inférieur (318). 3. Structure according to claim 2, characterized in that intermediate wall of composite material is placed between the half upper box (317) and the lower half-box (318), so as to reinforce the rigidity of the median box (314) as well as the resistance at the buckling of the side walls (72, 73) of the upper half-box (317) and side walls (82, 83) of the lower half-box (318).
d'un élément principal (61) en forme de plaque, en matériau composite monolithique à renfort en fibres de verre, comportant dans sa partie médiane un élément de renfort (62) en matériau composite dimensionné de façon à couvrir la face supérieur du caisson médian (314). 4. Structure according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the covering floor is constituted a plate-shaped main element (61) of material monolithic composite with fiberglass reinforcement, comprising in its middle part a reinforcing element (62) made of composite material sized to cover the upper face of the median box (314).
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