FR2771464A1 - Dispositif d'absorption de choc - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif d'absorption de choc (1) comprenant au moins un support non déformable (3) destiné à recevoir sur sa surface externe (6) au moins un élément déformable plastiquement (2), le support (3) comportant de préférence à chacune de ses parties externes (4) des moyens de retenue (5) de l'élément déformable (2); l'élément déformable (2) étant fixé sur une partie de sa longueur au support (3) par les moyens de retenue (5), la partie de l'élément déformable non fixée par les moyens de retenue (5) étant enroulée sur la surface externe (6) du support (3) et en contact avec ce dernier en formant des spires (7), de manière à présenter une force résistante instantanée sensiblement constante sous l'effet d'une traction exercée sur le dispositif (1).
Description
L'invention concerne un dispositif d'absorption de choc.
Dans l'industrie, les transports et la construction notamment, les chocs accidentels sont nombreux. Ils sont une source de détérioration des matériels et d'atteintes à l'intégrité physique des personnes.
Des dispositifs d'absorption de choc sont le plus souvent intégrés aux matériels ou équipements pour atténuer ou supprimer l'effet de ces chocs. Ces dispositifs fonctionnent habituellement en transformant l'énergie cinétique du choc en énergie élastique ou en chaleur.
Pour que cette transformation soit possible, le dispositif doit subir des modifications dimensionnelles. I1 est alors d'autant plus efficace que le rapport de ces modifications dimensionnelles, usuellement l'élongation du système, à l'énergie cinétique du choc dissipée ou convertie en énergie élastique, est faible.
Pour des raisons d'ordre pratique, les variations dimensionnelles des dispositifs d'absorption de choc ne peuvent excéder certaines valeurs. I1 est alors d'intérêt de disposer d'un système dont l'efficacité est telle que la force résistante reste constante lors de l'absorption d'énergie.
Certains dispositifs connus d'absorption de choc opposent une force résistante dont la valeur moyenne, correspondant à la moyenne des forces résistantes instantanées au cours du temps est sensiblement constante.
Mais, leur force résistante instantanée présente souvent de grandes amplitudes de variations.
Tel est le cas des absorbeurs d'énergie à déchirure utilisés dans les équipements de protection individuelle contre les chutes de hauteur. Ils comprennent généralement deux sangles assemblées par exemple par des coutures transversales rectilignes, espacées de 5 mm environ.
Lorsque l'énergie cinétique d'un choc, faisant suite à une chute dont la hauteur excède une certaine valeur, est élevée, ces coutures cèdent les unes après les autres. Ces ruptures successives absorbent progressivement l'énergie du choc, mais la disposition généralement discontinue de ces coutures entraîne une variation en dents de scie de la force résistante instantanée du dispositif. Une courbe de la force résistante F en fonction du déplacement D du dispositif obtenue avec un dispositif de ce type est représentée sur la figure 1.
On connaît également des dispositifs d'arrêt de chute à déroulement de câble ou de sangle. Dans ces dispositifs, le câble ou la sangle au bout de laquelle une personne est assurée se déroule jusqu'à ce que la vitesse de déroulement déclenche un freinage du déroulement du câble ou de la sangle. Ce freinage est généralement obtenu avec un frein à disque.
Là encore, la moyenne des forces de freinage instantanées est sensiblement constante au cours du temps, mais la valeur instantanée de la force de freinage varie le plus souvent de part et d'autre de cette moyenne, en fonction des variations du coefficient de frottement entre les différents disques du frein. Ces variations de force peuvent être préjudiciables au dispositif ou a l'utilisateur de ce dispositif.
D'autres dispositifs d'absorption de choc sont destinés aux ceintures de sécurité, en particulier pour véhicules.
Ainsi, le document FR-A-l 283 315 décrit un dispositif d'absorption de choc comprenant une feuille en fer doux formant des circonvolutions ou un fil spiralé.
Ceux-ci sont sollicités à leurs extrémités par des boucles d'accrochage et subissent une déformation plastique lorsque l'effort exercé dépasse une valeur déterminée. La géométrie des feuilles ou fils est variable au cours de la déformation, de sorte que la force de traction n'est généralement pas constante.
Le document FR-A-2 017 493 décrit des dispositifs d'absorption d'énergie pour ceinture de sécurité fonctionnant par déformation plastique d'un élément métallique. Un élément déformable, par exemple un fil ou un ruban, passe au travers d'un élément "déformant". La déformation plastique de cet élément déformable, et donc l'absorption d'énergie, résulte de son passage "forcé" à travers l'élément "déformant" à la manière d'un fil au travers d'une filière.
Ce document décrit également un dispositif avec un ou des éléments déformables en forme de "U" et dont les branches sont étirées à travers un élément"deformant".
Dans ces deux dispositifs, la géométrie de l'élément "déformant" est invariable pendant le choc.
L'absorption d'énergie se fait non seulement par déformation plastique mais également par frottement entre les éléments "déformants" et "déformés".
Or, les coefficients statique et dynamique de frottement sont différents. Il est de plus difficile de maintenir le coefficient dynamique de frottement constant dans l'espace et dans le temps. Ces systèmes entraînent donc généralement des variations de la force résistante de ces dispositifs.
Le document FR-A-1 603 665 décrit un organe amortisseur par déformation plastique pour ceinture de sécurité. Il comporte un ruban métallique disposé sous forme d'un rouleau. Dans le cas d'une traction exercée sur la ceinture de sécurité, le ruban est déformé par passage sur une barrette d'appui fixe.
Là encore, l'énergie cinétique du choc est dissipée par la déformation plastique du ruban mais aussi par son frottement sur la barrette. Ce frottement est en général source de variation de la force résistante.
L'invention a pour but de résoudre les inconvenients de l'art antérieur ci-dessus, en proposant un dispositif d'absorption de choc dans lequel la valeur instantanée de la force résistante et sa valeur moyenne sont sensiblement constantes au cours du temps.
L'objet principal de l'invention concerne donc un dispositif permettant d'absorber les chocs avec une efficacité satisfaisante.
A cet effet, le dispositif d'absorption de choc de l'invention, du type comportant un élément susceptible de se déformer sous l'action d'une traction, comprend au moins un support non déformable destiné à recevoir sur sa surface externe au moins un élément déformable plastiquement, le support présentant une forme générale allongée suivant son grand axe longitudinal et comportant de préférence à chacune de ses parties externes des moyens de retenue de l'élément déformable, l'élément déformable de forme allongée comportant des premiers moyens d'accrochage d'un corps ou d'un objet à retenir et des deuxièmes moyens d'accrochage du dispositif à un point d'attache extérieur, de préférence fixe ; l'élément déformable étant fixé sur une partie de sa longueur au support par les moyens de retenue, la partie de l'élément déformable non fixée par les moyens de retenue étant enroulée sur la surface externe du support et en contact avec ce dernier en formant des spires, de manière à présenter une force résistante instantanée sensiblement constante sous l'effet d'une traction exercée sur le dispositif.
Selon un premier aspect de l'invention, l'élément déformable comprend un brin allongé de faible section par rapport à sa longueur.
L'élément déformable peut ainsi comprendre au moins un fil.
Selon d'autres caractéristiques, l'élément déformable est enroulé sur la surface externe du support sur au moins une partie de sa longueur, à partir de chacune des parties externes du support.
L'enroulement de l'élément déformable peut être à spires jointives disposées sensiblement transversalement par rapport au grand axe longitudinal du support.
Les premiers et deuxièmes moyens d'accrochage comprennent des boucles formées à partir des parties restantes non enroulées de l'élément déformable.
Par exemple, les moyens d'accrochage du dispositif comprennent une première boucle de fixation du dispositif au corps ou à l'objet à retenir et une seconde boucle d'attache du dispositif à un point d'attache extérieur, les boucles pouvant être disposées symétriquement de part et d'autre du grand axe longitudinal du support.
Selon un autre aspect, le support est réalisé à partir d'un solide de révolution présentant un plan de symétrie perpendiculaire à l'axe de révolution, la méridienne des éléments de symétrie de ce solide étant une droite parallèle à l'axe, une droite inclinée sur cet axe, une ligne brisée en escalier ou une courbe quelconque.
Le support peut être de forme cylindrique, conique ou ovoïde.
Selon un mode d'exécution, le support est un mandrin.
Selon d'autres caractéristiques, les moyens de retenue sont disposés sur chaque surface formée par les parties externes du support, selon l'axe transversal médian de ces parties externes, en étant alignés entre eux et séparés par un espace permettant le passage de l'élément déformable.
Les moyens de retenue sont de forme allongée faisant saillie de chacune des parties externes vers l'extérieur, leur axe longitudinal étant parallèle avec l'axe longitudinal du support.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description qui suit de modes de réalisation de l'invention, faite en référence aux figures annexées et dans lesquelles
- la figure 1 est une courbe représentant la force résistante F en fonction du déplacement D d'un dispositif d'absorption de choc de l'art antérieur dans laquelle la force de résistance instantanée du dispositif est représentée par un trait continu et sa valeur moyenne par un trait en pointillés
- la figure 2 représente une vue schématique de face en coupe partielle d'un mode de réalisation du dispositif d'absorption de choc de l'invention
- la figure 3 représente une vue schématique de face en coupe partielle d'un autre mode de réalisation du dispositif d'absorption de choc de l'invention
- la figure 4 représente une vue schématique de face de l'élément déformable, avant enroulement, de la figure 2
- la figure 5a représente une vue schématique partielle latérale d'un autre mode de réalisation de l'élément déformable
- la figure 5b représente une vue schématique partielle de face de l'élément déformable de la figure Sa
- la figure 6 représente une vue schématique de face d'un mode de réalisation du support de la figure 2
- la figure 7a représente une vue schématique latérale du support de la figure 6
- la figure 7b représente une vue schématique latérale du support comportant un autre mode de réalisation des moyens de retenue
- la figure 8 représente une vue schématique en coupe longitudinale du mode de réalisation des moyens de retenue de la figure 6
- la figure 9a représente une vue schématique de face en coupe partielle du mode de réalisation du dispositif de la figure 2, avant enroulement de l'élément déformable
- la figure 9b représente une vue schématique en perspective du mode de réalisation du dispositif de la figure 2, avant enroulement de l'élément déformable
- la figure 10 représente une vue schématique latérale du passage de l'élément déformable autour des moyens de retenue de la figure 9b
- la figure 11 est une courbe représentant la force de traction en fonction de l'allongement d'un mode de réalisation de dispositif selon l'invention
- la figure 12 est une courbe représentant pour un mode de réalisation du dispositif d'absorption de choc selon l'invention, le rapport Y de la force résistante du dispositif à la force de traction axiale du fil à la limite de l'élasticité, en fonction des matériaux utilisés et du rapport X du diamètre du fil au diamètre extérieur de 1 'enroulement.
- la figure 1 est une courbe représentant la force résistante F en fonction du déplacement D d'un dispositif d'absorption de choc de l'art antérieur dans laquelle la force de résistance instantanée du dispositif est représentée par un trait continu et sa valeur moyenne par un trait en pointillés
- la figure 2 représente une vue schématique de face en coupe partielle d'un mode de réalisation du dispositif d'absorption de choc de l'invention
- la figure 3 représente une vue schématique de face en coupe partielle d'un autre mode de réalisation du dispositif d'absorption de choc de l'invention
- la figure 4 représente une vue schématique de face de l'élément déformable, avant enroulement, de la figure 2
- la figure 5a représente une vue schématique partielle latérale d'un autre mode de réalisation de l'élément déformable
- la figure 5b représente une vue schématique partielle de face de l'élément déformable de la figure Sa
- la figure 6 représente une vue schématique de face d'un mode de réalisation du support de la figure 2
- la figure 7a représente une vue schématique latérale du support de la figure 6
- la figure 7b représente une vue schématique latérale du support comportant un autre mode de réalisation des moyens de retenue
- la figure 8 représente une vue schématique en coupe longitudinale du mode de réalisation des moyens de retenue de la figure 6
- la figure 9a représente une vue schématique de face en coupe partielle du mode de réalisation du dispositif de la figure 2, avant enroulement de l'élément déformable
- la figure 9b représente une vue schématique en perspective du mode de réalisation du dispositif de la figure 2, avant enroulement de l'élément déformable
- la figure 10 représente une vue schématique latérale du passage de l'élément déformable autour des moyens de retenue de la figure 9b
- la figure 11 est une courbe représentant la force de traction en fonction de l'allongement d'un mode de réalisation de dispositif selon l'invention
- la figure 12 est une courbe représentant pour un mode de réalisation du dispositif d'absorption de choc selon l'invention, le rapport Y de la force résistante du dispositif à la force de traction axiale du fil à la limite de l'élasticité, en fonction des matériaux utilisés et du rapport X du diamètre du fil au diamètre extérieur de 1 'enroulement.
En se référant maintenant aux figures 2 à 12, le dispositif d'absorption de choc 1 de l'invention comprend au moins un élément déformable 2 enroulé sous forme de spires 7 autour d'au moins un support 3.
Selon une variante de réalisation, l'élément déformable 2 est associé au support 3 par des moyens de retenue 5 qui seront décrits ultérieurement.
Le support 3 est un solide de révolution de forme générale allongée suivant son grand axe longitudinal A, présentant un plan de symétrie perpendiculaire à l'axe de révolution, la méridienne des éléments de symétrie de ce solide étant une droite parallèle à l'axe, une droite inclinée sur cet axe, une ligne brisée en escalier ou une courbe quelconque.
Il peut être de forme sensiblement cylindrique, ovoïde ou conique.
Le support 3 peut être de diamètre constant ou, en variante, peut comprendre plusieurs cylindres de diamètres différents disposés à la suite les uns des autres, selon le grand axe A du support 3.
Selon un mode d'exécution, le support 3 est un mandrin.
Le support 3 peut être réalisé à partir d'aciers doux, d'aciers inoxydables, d'alliages d'aluminium, d'aciers demi-durs au carbone, ou d'aciers au nickelchrome.
Le support 3 est prolongé à chacune de ses parties externes 4 par des moyens de retenue 5.
Les parties externes peuvent être les extrémités transversales 4a.
Selon une forme de réalisation, les moyens de retenue 5 sont rapportés sur le support 3.
Dans ce cas, des logements 27 internes de forme sensiblement complémentaire aux moyens de retenue 5 sont ménagés dans chacune des parties externes 4, pour recevoir les moyens de retenue 5. Ces derniers peuvent être fixés par exemple par vissage, collage, ou simplement à force.
Selon une autre forme de réalisation, les moyens de retenue 5 sont taillés dans la masse du support 3.
Les moyens de retenue 5 sont au moins au nombre de deux sur la surface 28 de chaque partie externe 4 du support 3.
Les moyens de retenue 5 peuvent être de forme allongée, faisant saillie de chacune des parties externes 4 vers l'extérieur. L'axe longitudinal D des moyens de retenue 5 peut être parallèle à l'axe longitudinal A du support 3.
Selon une variante d'exécution, les moyens de retenue 5 comportent une surface en contact avec l'élément déformable 2 formant un segment de forme générale incurvée et convexe 22.
La partie convexe de chaque segment 22 prévue sur une partie externe 4 est disposée en opposition l'une par rapport à l'autre, par rapport à l'axe transversal médian B de la partie externe 4.
Selon une autre variante de réalisation, les moyens de retenue 5 comprennent des tourillons 15.
Les tourillons 15 sont disposés sur l'axe transversal médian B de chaque surface 28 des parties externes 4, de la même façon que décrit ci-dessus.
Ils sont séparés entre eux par un espace 21 permettant le passage de l'élément déformable 2.
Cet espace 21 a par exemple une largeur comprise entre 1,02 fois et 1,1 fois la dimension transversale de l'élément déformable 2.
Selon une forme de réalisation, les moyens de retenue 5 sont placés tangentiellement à la surface externe longitudinale 6 du support 3.
Les surfaces externes 29 des moyens de retenue 5 et la surface externe longitudinale 6 sont alors coplanaires.
L'élément déformable 2 est maintenu avec le support 3 par le passage d'une partie de l'élément déformable 2 dans l'espace 21, entre les moyens de retenue 5 et par son enroulement à spires jointives 7 comme cela va être décrit plus en détail ultérieurement.
L'élément déformable 2 comprend un brin allongé de faible section par rapport à sa longueur.
Par exemple, l'élément déformable peut comprendre au moins un fil 10.
Selon un mode d'exécution, l'élément déformable est un fil unique.
Le fil 10 peut présenter sur au moins la plus grande partie de sa longueur, une section carrée ou arrondie, telle que circulaire ou elliptique.
Selon un autre mode de réalisation, le fil 10 présente, sur au moins la plus grande partie de sa longueur, une section rectangulaire. Dans ce mode de réalisation, le grand côté du rectangle est placé sur le support 3 perpendiculairement à l'axe longitudinal A du support 3.
Le fil 10 peut posséder une dimension transversale sensiblement égale sur toute sa longueur.
Selon une autre forme de réalisation, le fil 10 peut comporter une région aplatie 11 sur une partie déterminée de sa longueur, généralement à mi-distance de ses extrémités. Le fil 10 présente alors une région de plus grande dimension transversale dans cette région aplatie 11 que sur le reste de sa longueur.
Le fil 10 peut être réalisé à partir de métal ou alliage de métaux. On peut ainsi envisager d'utiliser des matériaux "nobles" tels le tungstène et le platine, les alliages de titane ou les alliages légers, l'acier, les aciers inoxydables à durcissement structural, l'acier maraging, les aciers doux, les aciers inoxydables austénitiques.
Un acier doux galvanisé, un acier tel qu'un acier doux de limite d'élasticité minimale égale à 24 da N/mm2 appelé acier E24, ou un acier inoxydable austénitique comportant 0,06% de carbone, 18% de chrome et 10% de nickel appelé acier Z6 CN18-10, peuvent être utilisés.
Le fil 10 peut avoir subi préalablement un traitement thermique et/ou un traitement de protection anticorrosion.
Le fil 10 peut également être réalisé en un matériau synthétique tel qu'un polymère à base de polyamides.
Préalablement à l'assemblage du dispositif 1, le fil 10 est cintré à chacune de ses extrémités 30, 31 de manière à former deux boucles sensiblement circulaires 12, 13. Les deux boucles 12, 13 sont disposées face à face, les parties terminales 32, 33 des extrémités 30, 31 étant placées en opposition l'une de l'autre.
Les boucles 12 et 13 sont amenées en superposition l'une sur l'autre de manière que le chevauchement des parties terminales 32, 33 ait sensiblement la forme d'un x.
Cette région n'est que peu sollicitée mécaniquement et constitue une zone déchargée 23. Les boucles 12, 13 peuvent être ensuite solidarisées ensemble, par exemple par une soudure 14 au niveau de la zone déchargée 23.
Le fil 10 ainsi solidarisé est ensuite formé de manière à constituer une pièce oblongue 24, présentant un plan de symétrie longitudinal C passant par la zone déchargée 23 des boucles 12, 13.
Au moment de l'assemblage du dispositif 1, le support 3 est tout d'abord positionné sensiblement perpendiculairement à la pièce oblongue 24, de façon à ce que le plan de symétrie longitudinal C de la pièce oblongue 24 coupe le support 3 en une région médiane et sensiblement perpendiculairement à son grand axe longitudinal A.
Le fil 10 présente alors, de part et d'autre du grand axe longitudinal A du support 3, une partie supérieure 25 et une partie inférieure 26, les boucles 12, 13 étant situées dans la partie supérieure 25.
Les deux parties supérieure et inférieure 25,26 du fil 10 peuvent être sensiblement de la même longueur.
Le maintien du fil 10 sur le support 3 est obtenu ensuite par cintrage de la région 20 du fil 10 passant dans l'espace 21 entre deux tourillons 15, à chacune des parties externes 4 du support 3, tel que représenté sur la figure 10.
La région 20 du fil 10 passant entre les deux tourillons 15 présente alors une courbure en forme de s, ainsi qu'il apparaît sur la figure 10.
Les deux parties supérieure 25 et inférieure 26 du fil 10 sont ensuite enroulées sur une partie de leur longueur, et à partir de chacune des parties externes 4 du support 3, sur la surface externe 6 du support 3, de façon à former sur le support 3, des spires jointives 7 sensiblement transversales par rapport au grand axe longitudinal A du support 3.
Les parties restantes non enroulées du fil 10 situées dans la région médiane du support 3, servent à réaliser les premiers et deuxièmes moyens d'accrochage 8,9 du dispositif 1.
Selon un mode de réalisation, ces premiers et deuxièmes moyens d'accrochage 8,9 comprennent deux boucles 8a,9a disposées symétriquement de part et d'autre du grand axe longitudinal A du support 3.
Une première boucle 9a formée par la partie inférieure 26 non enroulée est destinée à accrocher le dispositif 1 au corps ou à l'objet à retenir.
Une seconde boucle 8a permet de relier le dispositif 1 à un point d'attache extérieur de préférence fixe. Cette boucle 8a est formée par les deux boucles sensiblement circulaires 12, 13 décrites ci-dessus.
Selon une autre variante de réalisation, l'élément déformable 2 comprend deux fils 16 et 17 distincts.
Dans ce cas, le support 3 ne comporte pas à proprement parler de moyens de retenue.
Selon cette variante représentée sur la figure 3, l'élément déformable est associé au support 3 par cintrage à force des extrémités 34, 35 des fils 16 et 17 autour de chacune des parties externes 4 du support 3.
Les fils 16 et 17 sont enroulés sur une partie de leur longueur sur la surface externe 6 du support 3 de façon à ce que le second fil 17 de l'élément déformable soit enroulé entre les spires du premier fil 16 avec un décalage angulaire vers un point fixe de l'enroulement dit retard" de l'ordre de 1800.
Un tel enroulement contribue au maintien de l'élément déformable 2 sur le support 3.
La partie restante non enroulée de l'élément déformable 2 située au niveau de la région médiane du support 3, sert à former les moyens d'accrochage 8, 9. La partie non enroulée du premier fil 16 de l'élément déformable 2 est destinée à former une boucle de fixation 18 du dispositif au corps ou à l'objet à retenir. La partie non enroulée du second fil 17 est destiné à former une boucle d'attache 19 du dispositif à un point d'attache extérieur de préférence fixe.
Ces deux boucles 18 et 19 sont disposées symétriquement de part et d'autre du grand axe longitudinal du support 3.
Selon un mode de réalisation, après enroulement de l'élément déformable 2, l'ensemble du dispositif d'absorption de choc 1 peut être soumis à un traitement thermique approprié en vue d'accroître les performances du dispositif 1.
Les résultats du comportement à la traction d'un mode de réalisation du dispositif d'absorption de choc 1 de l'invention sont représentés sur la figure 11.
On donne ci-après les principales caractéristiques de déformation et d'absorption du dispositif 1 de l'invention utilisé pour obtenir les résultats représentés sur la figure 11.
Diamètre du mandrin : D = 20 mm
Elément déformable : fil d'acier inoxydable Z6 CN18-10 de diamètre d égal à 5 mm.
Elément déformable : fil d'acier inoxydable Z6 CN18-10 de diamètre d égal à 5 mm.
Rayon des tourillons : r = 3,75 mm
Lors de la traction, le dispositif 1 de l'invention présente tout d'abord une courte phase de transition I à force résistante instantanée croissante au cours de laquelle l'état de contrainte s'établit, puis une phase II à force résistante instantanée constante, qui correspond au déroulement du fil 10, et enfin une phase III à force instantanée à nouveau croissante. Si l'essai avait été poursuivi, cette phase III aurait abouti à la rupture de l'élément déformable 2.
Lors de la traction, le dispositif 1 de l'invention présente tout d'abord une courte phase de transition I à force résistante instantanée croissante au cours de laquelle l'état de contrainte s'établit, puis une phase II à force résistante instantanée constante, qui correspond au déroulement du fil 10, et enfin une phase III à force instantanée à nouveau croissante. Si l'essai avait été poursuivi, cette phase III aurait abouti à la rupture de l'élément déformable 2.
Ainsi, la zone utile de travail du dispositif selon l'invention est la zone correspondant à la phase II. En effet, le déroulement du dispositif 1 sous l'effet d'une force de traction s'effectue dans cette phase à géométrie constante donc à force résistante instantanée constante, sans variation.
L'efficacité d'un tel dispositif 1 peut être optimisée notamment par ses caractéristiques géométriques.
La force résistante du dispositif 1 d'absorption de choc dépend notamment des types de section et de matériaux choisis pour l'élément déformable 2 telle que représentée sur la figure 12.
La figure 12 représente le rapport y = F/N en fonction de x = d/(d+Dm) pour des dispositifs à base de matériaux différents.
F est la force de traction du dispositif,
N, la force produisant l'écoulement plastique du fil en traction pure,
d le diamètre du fil,
Dm le diamètre moyen d'enroulement.
N, la force produisant l'écoulement plastique du fil en traction pure,
d le diamètre du fil,
Dm le diamètre moyen d'enroulement.
Dans chacun des dispositifs utilisés, l'élément déformable 2 est de section ronde et réalisé à partir de trois matériaux différents : soit l'acier E24(E24), soit l'acier doux galvanisé (GALVA), soit l'acier inoxydable
Z6 CN18-10 (inox).
Z6 CN18-10 (inox).
L'utilisation d'un fil 10 comportant une région aplatie présente l'avantage de réduire le diamètre moyen d'enroulement Dm, et par suite d'augmenter la valeur de x pour un diamètre donné d du fil 10. Le fonctionnement du dispositif peut alors être optimisé.
La force résistante du dispositif 1 d'absorption de choc selon l'invention est fonction du matériau et croît avec celle de x. Au delà d'une certaine valeur xR de x, une fissure apparaît sur la surface interne du fil 10 au cours de la phase I. La fissure se développe au fur et à mesure que l'essai se poursuit et la rupture survient sans que la phase II soit atteinte.
Pour éviter de tels inconvénients, il est nécessaire de déterminer un coefficient de sécurité C, pour chaque dispositif 1.
Le choix du coefficient de sécurité fixe la valeur maximale de x à ne pas dépasser pour un matériau donné et par conséquent les caractéristiques géométriques du dispositif d'absorption de choc lorsque l'on a choisi le diamètre du fil 10, dans le cas d'un fil rond par exemple.
Le coefficient de sécurité est déterminé par la relation suivante
C YR/y (3)
étant la valeur de y correspondant à celle de XR-
Le coefficient de sécurité C peut varier selon l'application choisie.
C YR/y (3)
étant la valeur de y correspondant à celle de XR-
Le coefficient de sécurité C peut varier selon l'application choisie.
De préférence, C est de l'ordre de 1,5.
D'autres caractéristiques géométriques du dispositif de l'invention sont décrites ci-après.
La longueur utile de déroulement 1 du dispositif 1 de l'invention est déterminée par les relations
1 = L - 1o - #(2r + d) (1)
ou
1 = L - 1o - (2r + d') (2)
d étant la dimension transversale d'un fil 10 de diamètre sensiblement constant et d' étant la dimension transversale de la région aplatie 11 ménagée entre les deux extrémités d'un fil 10, selon la forme de réalisation choisie pour l'élément déformable, 1o étant la longueur initiale du dispositif 1 d'absorption de choc, et L étant la longueur de la pièce oblongue 24 réalisée à partir de l'élément déformable 2.
1 = L - 1o - #(2r + d) (1)
ou
1 = L - 1o - (2r + d') (2)
d étant la dimension transversale d'un fil 10 de diamètre sensiblement constant et d' étant la dimension transversale de la région aplatie 11 ménagée entre les deux extrémités d'un fil 10, selon la forme de réalisation choisie pour l'élément déformable, 1o étant la longueur initiale du dispositif 1 d'absorption de choc, et L étant la longueur de la pièce oblongue 24 réalisée à partir de l'élément déformable 2.
La longueur minimum utile du support le est égale à la longueur cumulée utile des enroulements. Celle-ci est déterminée par la relation suivante
21d
1e = --- (3)
#Dm
1 étant donné par la relation (1) ou la relation (2).
21d
1e = --- (3)
#Dm
1 étant donné par la relation (1) ou la relation (2).
La longueur minimum hors tout du mandrin 1ht est déterminée par la relation suivante
1ht = le + 2z
z étant la longueur des tourillons 15,
soit encore
1ht = le + 2d
ou
1ht = le + 2d'
selon la forme de réalisation retenue pour l'élément déformable.
1ht = le + 2z
z étant la longueur des tourillons 15,
soit encore
1ht = le + 2d
ou
1ht = le + 2d'
selon la forme de réalisation retenue pour l'élément déformable.
Le volume moyen minimum utile Vm est le volume du cylindre de diamètre Dm et de longueur le.
Il est déterminé par la relation
7rD2
m
Vm = ~~~~~ le (4)
4
Dans le cas d'un élément déformable 2 sans aplatissement on obtient d'après les relations (3), (4) et (1)
Vm = 3,55 ld2
or, 7rD2
F = N y(x) = --- y(x)a, (5)
4
où a e est la contrainte d'écoulement plastique du métal.
7rD2
m
Vm = ~~~~~ le (4)
4
Dans le cas d'un élément déformable 2 sans aplatissement on obtient d'après les relations (3), (4) et (1)
Vm = 3,55 ld2
or, 7rD2
F = N y(x) = --- y(x)a, (5)
4
où a e est la contrainte d'écoulement plastique du métal.
En négligeant l'énergie absorbée au cours de la phase (I), 1F représente l'énergie W dissipée par le dispositif 1 d'absorption d'où
Vm 4,52C
W Y(XR)ae
Ainsi le volume moyen minimal par unité d'énergie est obtenu avec le matériau qui confère la plus grande valeur au produit Y(XR)ae.
Vm 4,52C
W Y(XR)ae
Ainsi le volume moyen minimal par unité d'énergie est obtenu avec le matériau qui confère la plus grande valeur au produit Y(XR)ae.
Vm/W, dans le cas de l'utilisation de sections circulaires, a une valeur inférieure à 2,93 x 10 5 m3/kJ pour l'acier inoxydable et à 5,50 x 10 5 m3/kJ pour l'acier doux.
Ces valeurs peuvent être abaissées en utilisant un fil 10 de section rectangulaire, enroulé sur le mandrin avec le grand côté perpendiculaire à l'axe de celui-ci. Si k est le rapport de la grande dimension de la section à la petite, le rapport Vm/W décroît proportionnellement à k.
Les applications des dispositifs 1 d'absorption de choc selon l'invention sont très nombreuses.
Dans certaines applications, il peut être nécessaire ou il peut être judicieux d'obtenir une force résistante variant selon une loi déterminée.
Cela peut être réalisé en faisant varier le rapport
d ------, , soit par la variation de d soit par celle de Dm, d + Dm soit par combinaison des deux, d représentant le diamètre du fil 10 dans le cas d'un fil rond, ou la plus grande dimension de la section dans le cas où celle-ci est rectangulaire.
d ------, , soit par la variation de d soit par celle de Dm, d + Dm soit par combinaison des deux, d représentant le diamètre du fil 10 dans le cas d'un fil rond, ou la plus grande dimension de la section dans le cas où celle-ci est rectangulaire.
La mise en série de dispositifs 1 d'absorption de choc à force constante dont les valeurs sont étagées, selon la loi de variation recherchée, permet d'obtenir un dispositif dans lequel la force résistante varie par paliers.
Le dispositif 1 selon l'invention peut être utilisé dans toutes les applications où l'énergie d'un choc doit être absorbée.
Le dispositif 1 d'absorption de choc de l'invention peut notamment trouver une application
dans les équipements de protection individuelle en lieu et place de dispositifs d'absorption d'énergie à déchirure,
- comme limiteur d'efforts sur les liaisons avec la structure d'accueil des protections collectives contre les chutes de hauteur (garde-corps, plates-formes périphériques),
- comme limiteur d'efforts aux points d'ancrage des câbles de secours de plates-formes à niveau variable (échafaudages volants),
- comme limiteur d'efforts aux points d'ancrage de lignes de vie,
- comme limiteur d'efforts de traction sur ceintures de sécurité de véhicules, notamment de véhicules automobiles.
dans les équipements de protection individuelle en lieu et place de dispositifs d'absorption d'énergie à déchirure,
- comme limiteur d'efforts sur les liaisons avec la structure d'accueil des protections collectives contre les chutes de hauteur (garde-corps, plates-formes périphériques),
- comme limiteur d'efforts aux points d'ancrage des câbles de secours de plates-formes à niveau variable (échafaudages volants),
- comme limiteur d'efforts aux points d'ancrage de lignes de vie,
- comme limiteur d'efforts de traction sur ceintures de sécurité de véhicules, notamment de véhicules automobiles.
- comme limiteur d'efforts sur les butoirs d'arrêt de véhicules.
Claims (33)
1.Dispositif d'absorption de choc (1) du type comportant un élément susceptible de se déformer sous l'action d'une traction, comprenant au moins un support non déformable (3) destiné à recevoir sur sa surface externe (6) au moins un élément déformable plastiquement (2), le support (3) présentant une forme générale allongée suivant son grand axe longitudinal (A) et comportant de préférence à chacune de ses parties externes (4) des moyens de retenue (5) de l'élément déformable (2), l'élément déformable (2) de forme allongée comportant des premiers moyens d'accrochage (9) d'un corps ou d'un objet à retenir et des deuxièmes moyens d'accrochage (8) du dispositif (1) à un point d'attache extérieur, de préférence fixe ; l'élément déformable (2) étant fixé sur une partie de sa longueur au support (3) par les moyens de retenue (5), la partie de l'élément déformable non fixée par les moyens de retenue (5) étant enroulée sur la surface externe (6) du support (3) et en contact avec ce dernier en formant des spires (7), de manière à présenter une force résistante instantanée sensiblement constante sous l'effet d'une traction exercée sur le dispositif (1).
2.Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément déformable (2) comprend un brin allongé de faible section par rapport à sa longueur.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément déformable (2) est enroulé sur au moins une partie de sa longueur sur la surface externe longitudinale (6) du support (3), à partir de chacune des parties externes (4) du support (3).
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'enroulement de l'élément déformable (2) est à spires jointives (7) sensiblement transversalement par rapport au grand axe longitudinal (A) du support (3).
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément déformable (2) présente une section carrée, rectangulaire ou arrondie.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément déformable (2) présente une dimension transversale sensiblement égale sur toute sa longueur.
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'élément déformable (2) comporte une région aplatie (11) sur une partie déterminée de sa longueur, généralement à midistance de ses extrémités.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'élément déformable (2) comprend au moins un fil (10).
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'élément déformable est un fil (10) unique.
10.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le fil (10) est réalisé à partir de métal, alliage de métaux ou en matériau synthétique.
11.Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le fil (10) est réalisé à partir de matériaux nobles, d'alliages de titane, d'alliages légers, d'aciers, d'aciers inoxydables à durcissement structural, d'aciers maraging, d'aciers doux, ou d'aciers inoxydables austénitiques.
12.Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que le fil (10) est réalisé à partir d'acier de type E24, d'acier inoxydable de type Z6 CN18-10 ou d'acier galvanise.
13.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que le fil (10) a subi un traitement thermique et/ou un traitement de protection anti-corrosion.
14.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les moyens d'accrochage (8,9) du dispositif (1) comprennent une première boucle (9a) destinée à la fixation du dispositif (1) au corps ou à l'objet à retenir et une seconde boucle (8a) destinée à la fixation du dispositif (1) à un point d'attache extérieur, les boucles étant disposées symétriquement de part et d'autre du grand axe longitudinal (A) du support (3).
15.Dispositif selon la revendications 14, caractérisé en ce que la boucle (8a) comprend deux boucles (12, 13) formées à partir des extrémités (30, 31) de l'élément déformable (2), les boucles (12, 13) étant solidarisées au niveau d'une zone déchargée (23) mécaniquement.
16.Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que la zone déchargée (23) comprend la région de chevauchement des parties terminales (32, 33) des extrémités (30, 31) des boucles circulaires (12, 13).
17.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que le support (3) est un solide de révolution présentant un plan de symétrie perpendiculaire à l'axe de révolution, la méridienne des éléments de symétrie de ce solide étant une droite parallèle à l'axe, une droite inclinée sur cet axe, une ligne brisée en escalier ou une courbe quelconque.
18.Dispositif selon la revendication 17, caractérisé en ce que le support (3) est de forme cylindrique, conique ou ovoïde.
19.Dispositif selon la revendications 17 ou 18, caractérisé en ce que le support (3) est un mandrin.
20.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 17 à 19, caractérisé en ce que le support (3) comprend plusieurs cylindres de diamètres différents, disposés à la suite les uns des autres, selon le grand axe longitudinal (A) du support (3).
21. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 20, caractérisé en ce que le support (3) est réalisé à partir d'aciers doux, d'aciers inoxydables, d'alliages d'aluminium, d'aciers demi-durs au carbone et/ou d'aciers au nickel chrome.
22. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 21, caractérisé en ce que les moyens de retenue (5) sont disposés sur chaque surface (28) formée par les parties externes (4) du support (3), selon l'axe transversal médian des parties externes (4), en étant alignés entre eux et séparés par un espace (21) permettant le passage de l'élément déformable (2).
23.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 22, caractérisé en ce que les moyens de retenue (5) sont de forme allongée faisant saillie de chacune des parties externes (4) vers l'extérieur, l'axe longitudinal des moyens de retenue (5) étant parallèle avec l'axe longitudinal du support (3).
24.Dispositif selon la revendication 23, caractérisé en ce que les moyens de retenue (5) comportent une surface en contact avec l'élément déformable (2) et forment un segment de forme générale incurvée et convexe (22).
25.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 24, caractérisé en ce que les moyens de retenue (5) de l'élément déformable (2) comprennent des tourillons (15).
26. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 25, caractérisé en ce que les moyens de retenue (5) sont rapportés.
27.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 25, caractérisé en ce que les moyens de retenue sont taillés dans la masse du support (3).
28.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 et 10 à 21, caractérisé en ce que l'élément déformable (2) comprend deux fils (16, 17) distincts.
29.Dispositif selon la revendication 28, caractérisé en ce que le second fil (17) de l'élément déformable (2) est enroulé sur le support (3) entre les spires de l'enroulement du premier fil (16) avec un retard de l'ordre de 1800.
30.Dispositif selon la revendication 28 ou 29, caractérisé en ce que le premier fil (16) de l'élément déformable (2) comprend une boucle (18) de fixation du dispositif au corps ou objet à retenir et le second fil (17) de l'élément déformable (2) comprend une boucle (19) d'attache du dispositif à un point d'attache extérieur.
31.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 28 à 30, caractérisé en ce que l'élément déformable (2) est associé au support (3) par cintrage à force des extrémités (34, 35) des fils (16, 17) autour de chacune des parties externes (4) du support (3).
32.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 27, caractérisé en ce que le diamètre du mandrin est de 20 mm, le rayon des tourillons (15) est de 3,75 mm et l'élément déformable (2) est un fil d'acier inoxydable Z6 CN18-10 de diamètre égal à 5 mm.
33.Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 32, caractérisé en ce qu'il est soumis après assemblage à un traitement thermique.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9714851A FR2771464B1 (fr) | 1997-11-26 | 1997-11-26 | Dispositif d'absorption de choc |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9714851A FR2771464B1 (fr) | 1997-11-26 | 1997-11-26 | Dispositif d'absorption de choc |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2771464A1 true FR2771464A1 (fr) | 1999-05-28 |
| FR2771464B1 FR2771464B1 (fr) | 1999-12-31 |
Family
ID=9513808
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR9714851A Expired - Lifetime FR2771464B1 (fr) | 1997-11-26 | 1997-11-26 | Dispositif d'absorption de choc |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2771464B1 (fr) |
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