FR2876646A1 - Poutre tubulaire de structure automobile renforcee pour amelioration du comportement au choc - Google Patents

Abstract

L'invention a pour objet une poutre de structure automobile, pour absorber l'énergie lors de chocs la sollicitant essentiellement en flexion, comportant un corps (1) de forme tubulaire intérieurement renforcé sur tout ou partie de sa longueur par un matériau naturel ou synthétique (3), à structure cellulaire, l'axe cellulaire (4) étant sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal de la poutre (2).Le matériau cellulaire peut être du bois de balsa et le corps (1) un profilé ou des tôles en alliage d'aluminium ou de magnésium.L'application peut être une poutre de pare-chocs, un longeron de seuil de portière, un montant A ou B de caisse, un renfort latéral de portière, etc...

Description

Poutre tubulaire de structure automobile renforcée

pour amélioration du comportement au choc Domaine de l'invention L'invention concerne des composants de structure automobile destinés à absorber de l'énergie de façon irréversible lors d'un choc. Le domaine en question se distingue de celui des absorbeurs d'énergie désignés parfois sous le terme élément de déformation ou crashbox en ce sens que lesdits composants ne sont pas sollicités, lors du choc, principalement en compression, mais essentiellement en flexion.

Etat de la technique Jusqu'au milieu des années 90, les poutres destinées à absorber de l'énergie de façon irréversible lors d'un choc notamment les poutres de pare-chocs étaient constituées d'une tôle mise en forme, en général en acier. Les exigences plus sévères des constructeurs d'automobiles, notamment avec l'apparition des tests de réparabilité, ont conduit à faire évoluer cette fonction et amené deux types d'évolution. D'une part, la géométrie et les matériaux constituant les poutres ont évolué, conduisant à l'utilisation de poutres tubulaires, multicellulaires ou non, en alliage d'aluminium ou en acier.

D'autre part, dans le cas notamment des poutres de pare-chocs, une interface absorbante entre les poutres et les supports longitudinaux des véhicules a été introduite: les absorbeurs 25 (ou "crash boxes" ou "éléments de déformation").

Cette double évolution a répondu à la nécessité, en Europe notamment, de disposer d'un système poutre/absorbeur ou poutre/support, non plus seulement résistant, c'est-à-dire qui se déforme sans plastifier, mais absorbant c'est-à-dire qui se déforme en absorbant de l'énergie de manière maîtrisée.

La poutre de structure automobile a donc un double rôle: d'une part se déformer de façon élastique lors de faibles chocs, d'autre part absorber l'énergie et la transmettre de façon maîtrisée, en particulier sans s'effondrer de façon brutale en cours de déformation, aux absorbeurs ou aux supports.

Pour ce faire, une première voie a consisté dans l'optimisation de la matière et de la géométrie des poutres en question.

L'utilisation de poutres tubulaires multicellulaires en particulier participe de cette évolution. Extrudées en aluminium ou reconstituées à partir de tôles en acier ou en aluminium, leur intérêt principal réside dans le maintien d'une inertie importante au cours du choc, inertie qui permet, notamment dans le cas du pare-chocs, d'assurer le plus longtemps possible son rôle structural, en particulier à l'avant du véhicule. Par exemple, le brevet US 5340178, de Chrysler, revendique l'utilisation d'une poutre de ce type en lieu et place des poutres classiques ouvertes, généralement en acier à haute limite élastique.

La même évolution peut être observée pour les autres poutres structurales telles que, de façon non exclusive, les renforts latéraux de portières, pieds milieu ou avant de structure de caisse, longerons de seuils de portières, rails anti-intrusion....

Parallèlement à cette voie consistant dans l'optimisation des formes extérieures de la poutre et de ses nervures ou cloisons internes éventuelles, une autre réside dans l'addition de matière à l'intérieur de ladite poutre ou de tout ou partie des cellules la constituant. Ainsi, la demande de brevet JP 2001182769, de Showa Aluminum Corporation, décrit des absorbeurs du type crashbox réalisés en profilés d'aluminium ou structures tubulaires creuses, mono ou multicellulaires, emplies en totalité de matériau pouvant être du bois de balsa, les fibres étant dirigées selon l'axe de l'effort lors de l'impact. Ces absorbeurs sont sollicités en compression, dans la plupart des cas montés à l'arrière de la poutre de pare-chocs.

Le brevet US 6062632, de Solectria Corporation, revendique un ensemble d'absorption d'énergie toujours du type crashbox , constitué de plusieurs cellules alignées selon l'axe du véhicule et ouvertes à leurs extrémités, assemblées entre elles côte à côte, emplies chacune d'un matériau léger pouvant être notamment du bois de balsa ou une mousse synthétique dimensionellement stable.

Le brevet US 4671550, de Arpi Co., décrit quant à lui un pare-chocs en matériau composite dont les diverses parois répondent à une architecture bien particulière, chaque cellule formée par lesdites parois étant emplie de mousse de polyuréthane rigide ou de bois de balsa dans une matrice de résine et dont les fibres sont orientées en partie longitudinalement et en partie de façon aléatoire.

Enfin de nombreux brevets dont EP 1103428, de Benteler, décrivent des ensembles pare-chocs comportant, entre la poutre ou traverse déformable et le bouclier avant en polymère, des mousses synthétiques ou naturelles, mais il s'agit là d'un autre domaine, ces derniers aménagements étant destinés à améliorer le comportement élastique lors de chocs de faible importance.

Problème posé La capacité d'absorption d'énergie d'un ensemble pare-chocs de véhicule peut être formalisée de la manière suivante: lorsqu'on enregistre la courbe force-déplacement au niveau de l'impacteur au cours du choc, le niveau d'effort ne doit pas dépasser une valeur F,nax spécifiée, tout en maximisant l'aire sous la courbe, représentative de l'énergie absorbée, comme illustré sur les figures 1 et 2. Le pare-chocs sera optimal lorsque sa réponse sera la plus "plate" possible et proche du niveau F,nax.

Il est donc nécessaire, dans le domaine des pare-chocs, mais aussi plus généralement des poutres de structure sollicitées essentiellement en flexion lors d'un choc de direction sensiblement perpendiculaire à ladite poutre, comme les renforts latéraux de portières, pieds milieu ou avant, longerons de seuil de portière, rails anti-intrusion, etc..., de connaître les phénomènes qui régissent l'effort F au cours de la déformation d. L'augmentation du moment de flexion de la poutre est de ce point de vue un facteur très important pour transmettre au mieux l'énergie aux absorbeurs ou supports et ainsi optimiser la courbe force- déplacement ; il convient également de retarder le plus possible l'effondrement local de la poutre qui dégrade considérablement la transmission d'énergie au reste de la structure.

Le but de l'invention est de fournir une poutre de structure pour véhicule, permettant une absorption importante de l'énergie en cas de chocs la sollicitant essentiellement en flexion, en retardant le plus possible son effondrement local sans incidence considérable sur son poids, son encombrement et son coût.

Objet de l'invention L'invention a pour objet une poutre de structure automobile destinée à absorber l'énergie de façon irréversible lors de chocs la sollicitant essentiellement en flexion, caractérisée en ce qu'elle comporte: - Un corps de forme tubulaire, - A l'intérieur dudit corps et sur tout ou partie de sa longueur, un renfort constitué d'un matériau naturel ou synthétique, à structure cellulaire orientée, l'axe cellulaire étant sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal dudit corps.

On citera par exemple comme cas de poutres, celles de pare-chocs, les renforts latéraux de portières, pieds milieu ou avant ( ou montants A ou B) de structure de caisse, longerons de seuils de portières, rails antiintrusion, etc. Un mode de réalisation avantageuse consiste à positionner le matériau de renfort dans une zone déterminée de façon à optimiser l'absorption d'énergie et retarder l'effondrement de ladite poutre.

Un autre consiste à utiliser comme matériau naturel du bois de balsa.

Enfin le corps de la poutre selon l'invention peut être avantageusement réalisé en alliage d'aluminium ou magnésium.

Description des figures

La figure 1 représente schématiquement les conditions d'un crash test ou simulation de choc frontal.

La figure 2 représente un exemple de courbe force-déplacement montrant l'absorption d'énergie par un pare-chocs au cours d'un choc frontal.

La figure 3 représente en perspective une poutre comportant le corps de forme tubulaire (1) d'axe longitudinal (2), muni de son renfort (3) selon l'invention, en partie centrale, et des directions d'effort F sensiblement perpendiculaires à l'axe (2) sollicitant ladite poutre en flexion.

La figure 4 représente une coupe du renfort intérieur (3), en l'occurrence en bois de balsa, perpendiculairement à son axe cellulaire.

La figure 5 représente une coupe du renfort intérieur (3), également en bois de balsa, parallèlement à son axe cellulaire (4).

La figure 6 montre la section du profilé en alliage d'aluminium utilisé comme corps de poutre de forme tubulaire selon l'invention pour les caractérisations en flexion et compression. Dans tous les cas d'essais, la cote 5 était de 120 mm, les cotes 6 et 7 de 80 mm, les rayons 8 et 9 respectivement de 2 et 5 mm, l'épaisseur de 3 mm.

La figure 7 représente les courbes effort en kN/déplacement en mm obtenues lors desdites caractérisations, en compression, pour différents cas de renfort et densités du matériau à structure cellulaire, en l'occurrence du bois de balsa.

La figure 8 représente, pour la sollicitation en compression, le rapport poids ( Poids d'une poutre au comportement équivalent d'épaisseur plus forte et sans renfort / Poids de la solution avec renfort) pour divers matériaux de renfort ( de gauche à droite: mousse d'aluminium, mousse de polyuréthane, bois de balsa) de différentes densités en kg/m3 ( valeurs au dessus des barres d'histogramme).

La figure 9 représente les courbes effort en kN/déplacement en mm obtenues lors desdites caractérisations, en flexion, pour différents cas de renfort et densités du matériau à structure cellulaire, en l'occurrence du bois de balsa.

La figure 10 représente, pour la sollicitation en flexion, le rapport poids ( Poids d'une poutre au comportement équivalent d'épaisseur plus forte et sans renfort / Poids de la solution avec renfort) pour divers matériaux de renfort repérés par les chiffres 15 à 19 en fonction de leur densité.

La figure 11 présente une poutre à renfort en mousse de polyuréthane, à gauche et une poutre selon l'invention à droite, après essais de flexion.

Description de l'invention

L'invention repose sur la constatation faite par la demanderesse qu'un renfort intérieur en matériau synthétique ou naturel à structure cellulaire orientée dont l'axe est sensiblement parallèle à celui de l'effort améliore considérablement le comportement d'une poutre de forme tubulaire en flexion, tant en augmentant ses capacités d'absorption d'énergie qu'en retardant l'effondrement local de ladite poutre alors qu'il a bien moins d'incidence sur le comportement en compression d'une poutre de forme tubulaire du type crashbox et présente bien moins d'intérêt notamment du point de vue du rapport poids/performance. Comme représenté à la figure 3, la poutre de structure selon l'invention comprend un corps de forme tubulaire (1), généralement, mais pas dans tous les cas, mis en forme.

Ce corps peut être constitué, comme élément de base, d'un profilé extrudé dans le cas des alliages d'aluminium ou magnésium ( on entend par alliage d'aluminium ou de magnésium un alliage comportant plus de 50 % en poids respectivement d'aluminium ou de magnésium), de tôles laminées, mises en forme par emboutissage et/ou pliage et/ou roulage, et éventuellement assemblage, de tubes réalisés à partir de tôles roulées soudées, etc..., dans ce même cas ou dans celui des aciers.

La poutre peut intégrer d'autres fonctions telles que l'attache d'autres poutres composites. L'utilisation d'une telle poutre au corps de forme tubulaire offre des avantages intéressants vis-à-vis des spécifications de comportement aux chocs en particulier lorsqu'elle est sollicitée en flexion comme c'est le cas notamment des poutres de pare-chocs, renforts latéraux de portières, pieds milieu ou avant de caisse, encore appelés montants A ou B, longerons de seuil de portière, rails anti-intrusion, etc Elle présente en effet une inertie autour de l'axe vertical importante et se montre donc plus propice, en particulier à une montée en effort rapide.

Pour maintenir l'inertie au cours de l'écrasement, l'addition d'une ou plusieurs cloisons 20 internes est souvent adoptée.

Cette conservation de l'inertie peut s'avérer très intéressante car elle permet d'assurer plus particulièrement la résistance au choc à grande vitesse, et on souhaite de ce fait que la poutre garde son intégrité le plus longtemps possible.

En revanche, on peut également souhaiter que la poutre contribue à l'absorption d'énergie 25 en s'écrasant en fin de choc, et on se limite alors généralement à une section comportant au maximum une cloison.

Toutefois cette configuration implique souvent un effondrement trop rapide de la poutre et n'assure pas de ce fait une réponse relativement constante en effort transmis au reste de la structure pouvant lui-même comporter des absorbeurs de choc, propriété pouvant être évaluée par le rapport entre l'effort moyen et l'effort maximum.

Selon l'invention, un renfort intérieur comme représenté sur la figure 3, sur tout ou partie de la longueur du corps de poutre de forme tubulaire (1), constitué d'un matériau naturel ou synthétique (3) à structure cellulaire orientée, l'axe cellulaire étant sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal (2) de la poutre, tel qu'il apparaît en coupe transversale et longitudinale sur les figures 4 et 5, permet à la fois d'accroître l'énergie absorbée et de réduire le rapport entre l'effort moyen et l'effort maximum lors d'un choc sollicitant la poutre essentiellement en flexion, ainsi que de retarder considérablement son effondrement, sans entraîner un alourdissement trop important.

On entend par matériau à structure cellulaire orientée un matériau tel que représenté sur la figure 4 en coupe transversale et 5 en coupe longitudinale, constitué de cellules tubulaires accolées dans le sens de leur longueur, sensiblement parallèles entre elles et alignées selon un axe appelé axe cellulaire (4).

On entend enfin par axe sensiblement perpendiculaire à un autre axe, tout axe formant un angle de valeur comprise entre 60 et 120 avec l'autre axe.

Le renfort selon l'invention peut être aisément découpé à la forme de la section et introduit par insertion à l'intérieur du corps de la poutre, avantageusement dans une zone déterminée de façon à optimiser l'absorption d'énergie et retarder l'effondrement de ladite poutre lors de sa sollicitation en flexion au cours du choc.

Dans le cas par exemple d'une poutre impactée au milieu de sa longueur avec un effort perpendiculaire à son axe longitudinal, le renfort sera de préférence positionné au centre du corps de la poutre sur une longueur correspondant à la zone habituelle de déformation en l'absence dudit renfort; dans le cas d'une poutre de pare-choc, cela correspond généralement à environ le tiers de la longueur du corps de poutre.

Dans la plupart des cas, cette insertion est réalisée avant mise en forme de la poutre, qui 25 très fréquemment consiste, dans la zone pré-citée, en un galbage pouvant être effectué sans altération notable des caractéristiques de l'insert.

Le corps de la poutre selon l'invention peut avantageusement être réalisé en alliage d'aluminium ou magnésium.

Selon un mode de réalisation préférentielle de ladite invention, le matériau utilisé comme 30 renfort est du bois de balsa.

Selon un autre mode préférentiel, sa densité est choisie dans une fourchette de 0,5 à 4,0 kg/m3, en fonction du compromis souhaité entre l'amélioration du comportement et le poids.

Le terme densité est utilisé dans la présente demande dans son acception courante au sein de la profession, c'est à dire dans le sens anglo-saxon de masse volumique.

Le renfort en bois de balsa peut éventuellement être protégé par application d'un vernis de type époxy avant mise en place dans la poutre, pour éviter toute détérioration en service sous l'effet de l'humidité, et sans modification notable du comportement recherché.. L'art antérieur privilégie l'utilisation de ce type de matériau dans le domaine des absorbeurs de choc ou crashboxes , où l'axe cellulaire (4) selon la figure 5 est celui de l'axe de la poutre, elle-même sollicitée en compression.

De façon inattendue, la demanderesse a constaté que les résultats étaient bien plus sensiblement améliorés en sollicitant ladite poutre en flexion, l'axe (4) étant sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal (2) de la poutre.

Ceci est valable tant en ce qui concerne le niveau d'absorption d'énergie que le rapport entre effort moyen et effort maximum, du fait de l'importance sur ces paramètres du moment de flexion.

Par ailleurs ladite invention présente un réel intérêt quant au compromis entre l'amélioration de performance précitée et le poids; cet intérêt a été mis en évidence dans le cas d'une poutre munie d'un corps en alliage d'aluminium comparée à une solution tout aluminium équivalente, c'est à dire permettant d'obtenir, sans renfort, la même quantité d'énergie absorbée.

En effet, dans le cas de la sollicitation en compression, le gain d'énergie absorbée ne devient sensible que lorsque la densité dudit matériau dépasse la valeur d'au moins 200 kg/m3, ce qui rend la solution avec renfort non compétitive par rapport à une simple augmentation de l'épaisseur des parois du corps de poutre et à plus forte raison de l'addition de cloisons internes ou d'une optimisation de sa géométrie.

C'est ce que montre la figure 8 avec, en ordonnée, le rapport du poids (Weight ratio) d'une solution équivalente, obtenue en augmentant l'épaisseur de paroi du corps de poutre, sur le poids de la solution avec renfort, de gauche à droite en mousse d'aluminium (Aluminium Foam), mousse de polyuréthane (PUR Foam), toutes deux présentant une structure isotrope, et bois de balsa (Balsa), les densités dudit matériau de renfort étant indiquées au dessus des barres de l'histogramme en kg/m3.

Dans tous les cas ce rapport est inférieur à 1 traduisant la plus grande légèreté de la solution sans renfort.

Pour les matériaux synthétiques, ces différentes densités sont obtenues lors de la polymérisation et/ou injection dans le cas des mousses polymères ou du moussage dans le cas de la mousse d'aluminium.

Pour le bois de balsa, elle dépend de la zone de prélèvement dans le tronc de l'arbre, sa valeur diminuant du centre vers l'extérieur.

Dans le cas de la sollicitation en flexion de la poutre munie du renfort selon l'invention, dont l'axe cellulaire (4) est sensiblement perpendiculaire à l'axe du corps de poutre, un gain très sensible est obtenu en absorption d'énergie, réduction du rapport effort moyen/effort maximum ainsi que constance de l'effort transmis.

Ce gain est particulièrement notable pour une valeur de la densité de seulement 102 kg/m3.

C'est ce que montre la courbe 13 de la figure 9 représentant l'effort appliqué en fonction du déplacement, pour la sollicitation en flexion, à comparer à la courbe 10 de référence se rapportant à la même poutre de même épaisseur sans renfort.

Le rapport des poids prédéfini est dans ce cas représenté en figure 10 en fonction de la densité du matériau de renfort, ladite invention correspondant au point 15 avec une valeur 20 de 1,75 et une densité du balsa de 102 kg/m3.

En comparaison avec les autres matériaux (mousse isotrope de polyméthacrylimide pour la courbe 16, bois de balsa mais dont l'axe (4) est perpendiculaire à l'axe de l'effort, et non de la poutre, pour la courbe 17, mousse de polyuréthane pour la courbe 18 et mousse d'aluminium pour la courbe 19) elle présente le meilleur bilan (courbe positionnée la plus sur la gauche).

Il convient par ailleurs de noter que la mousse de polyméthacrylimide est très onéreuse, ce qui la rend impropre à de nombreux domaines d'utilisation, notamment celui de l'industrie automobile. Le coût est également un obstacle dans le cas de la mousse d'aluminium. A contrario le bois de balsa est peu onéreux, naturel et très répandu.

Enfin, l'effondrement de la poutre selon ladite invention est très considérablement retardé comme le montre le résultat de l'essai en flexion trois points d'une poutre selon l'invention avec corps en alliage d'aluminium, représenté en figure 11, la vue de gauche correspondant à une poutre à renfort en mousse de polyuréthane, celle de droite à une poutre à renfort en bois de balsa selon l'invention.

Par ailleurs, un avantage notable de l'invention est non seulement de pouvoir facilement 5 limiter la longueur du renfort à la zone appelée à se déformer, mais aussi de positionner plusieurs renforts de densités différentes selon le niveau de sollicitation des zones dans lesquelles ils sont placés.

Il convient enfin de préciser que le corps de la poutre selon l'invention peut comporter des cloisons internes, le matériau de renfort pouvant être placé dans tout ou partie des fractions de la section, ou compartiments longitudinaux, ou encore cellules, au sens du terme multicellulaire utilisé pour les profilés extrudés, ainsi créés par la ou lesdite(s) cloison(s).

Exemples 15

Des essais de sollicitation en compression et en flexion ont été effectués, le corps de poutre utilisé étant un profilé de section selon la figure 6, en alliage 6106 selon la nomenclature de 1 < Aluminum Association , à l'état T51 selon la norme NF EN 515 (trempé sur presse et sous-revenu), dont la limite d'élasticité Rpo,2 et la résistance à la rupture Rm mesurées sur éprouvettes en dissection étaient respectivement de 146 MPa et 229 MPa.

Exemple 1: Comportement en compression Au cours de tous ces essais, la longueur du profilé est fixée à 260 mm.

Il s'agit de tests de compression axiale quasi-statique effectués à la vitesse de 5 mm/s avec enregistrement des courbes Effort en kN/Déplacement en mm , pour la poutre de référence, c'est à dire sans renfort, pour des corps de poutres entièrement emplis de mousse de polyuréthane de densité 100, 200, et 300 kg/m3, de bois de balsa dont l'axe (4) est perpendiculaire à l'axe de la poutre, soit parallèle à celui de l'effort, pour les mêmes densités, ainsi qu'un cas dans lequel l'axe (4) est parallèle à l'axe longitudinal de la poutre, pour une densité de 100 kg/m3.

Les courbes obtenues ne diffèrent pas sensiblement dans le cas du balsa et dans celui de la mousse de polyuréthane.

Elles ne différent pas non plus sensiblement de courbes obtenues en simulation de crash par chute d'une masse sur la poutre disposée verticalement sur un support fixe.

De ce fait, ne sont reportées en figure 7 que les courbes relatives au balsa: - La courbe 20 correspond à la référence, - Les courbes 21, 22, 23 correspondent au renfort en bois de balsa de densité 100, 200, et 300 kg/m3, dont l'axe (4) est perpendiculaire à l'axe longitudinal de la poutre, La courbe 24 correspond à l'insert en bois de balsa de densité 100 kg/m3 dont l'axe (4) est parallèle à l'axe longitudinal de la poutre.

On y observe un accroissement de la quantité d'énergie absorbée (aire de la courbe) mais uniquement pour une densité de plus de 200 kg/m3 et peu de différence entre les courbes 21 et 24 (axes (4) parallèle et perpendiculaire à l'axe longitudinal de la poutre).

On a également calculé le rapport du poids d'une solution équivalente ( même énergie absorbée) obtenue en augmentant l'épaisseur de paroi du corps de poutre, sur le poids de la solution avec renfort, à partir de ces courbes et à partir de valeurs relevées dans l'article "Static Crushing of square Aluminium Extrusions with Aluminium Foam Filler" - Auteurs: A.G. Hansen, M. Langseth, O.S. Hopperstad. - International Journal of Mechanical Science, 41(1999), pp 967-993 pour le cas du renfort en mousse d'aluminium.

Les valeurs obtenues sont reportées en ordonnée sur la figure 8 avec en abscisse, de gauche à droite, la mousse d'aluminium, la mousse de polyuréthane et le bois de balsa, les densités dudit matériau de renfort étant indiquées au dessus des barres de l'histogramme en kg/m3. Dans tous les cas ce rapport est inférieur à 1 traduisant la plus grande légèreté de la solution sans renfort.

Exemple 2: Comportement en flexion Au cours de tous ces essais, la longueur du profilé est fixée à 700 mm.

Il s'agit de tests de "flexion trois points réalisés dans des conditions quasi-statiques avec enregistrement des courbes Effort en kN/déplacement en mm . La distance entre les points d'appui sur la face inférieure de la poutre selon la figure 3 est de 480 mm. Le poinçon, dont la partie inférieure est hémicylindrique de diamètre 100 mm sur une longueur perpendiculaire à la poutre de 200 mm, descend à la vitesse de 5mm/s.

L'effort est mesuré au niveau du poinçon en fonction du déplacement de ce dernier.

Ont été ainsi testées, le corps de poutre de référence, c'est à dire sans renfort, ainsi qu'empli sur un tiers de sa longueur au centre, comme cela apparaît en figure 3, de mousse de polyuréthane de densité 100, 200, et 300 kg/m3, de bois de balsa dont l'axe (4) est parallèle à l'axe longitudinal de la poutre pour des densités voisines de 102, 196, et 297 kg/m3 ainsi qu'un cas dans lequel l'axe (4) est perpendiculaire à l'axe longitudinal de la poutre, soit selon l'invention, pour une densité de 102 kg/m3.

Les courbes obtenues ne diffèrent pas sensiblement dans le cas du balsa dont l'axe (4) est parallèle à l'axe longitudinal de la poutre et dans celui de la mousse de polyuréthane pour des densités voisines.

De ce fait, ne sont reportées en figure 9 que les courbes relatives au balsa: - La courbe 10 correspond à la référence, Les courbes 11, 12 et 14 correspondent au renfort en bois de balsa de densité 102, 196 et 297 kg/m3, dont l'axe (4) est parallèle à l'axe longitudinal de la poutre, La courbe 13 correspond à l'insert en bois de balsa de densité 102 kg/m3 dont l'axe (4) est perpendiculaire à l'axe longitudinal de la poutre, soit selon l'invention.

On y observe un accroissement de la quantité d'énergie absorbée (aire de la courbe) mais très progressive selon la densité dans le cas où l'axe (4) est parallèle à l'axe longitudinal de la poutre (courbes 11, 12 et 14), et surtout, une très nette amélioration (au niveau de la courbe 14 du cas précédent) pour une densité de seulement 102 kg/m3 dans le cas où l'axe (4) est perpendiculaire à l'axe longitudinal de la poutre (courbe 13), soit selon l'invention.

De plus, le rapport entre effort moyen et effort maximum est nettement réduit, traduisant une constance nettement meilleure de l'effort transmis.

On a également calculé le rapport du poids d'une solution équivalente ( même énergie absorbée) obtenue en augmentant l'épaisseur de paroi du corps de poutre, sur le poids de la solution avec renfort, à partir de ces courbes et, pour de la mousse d'aluminium à partir du même article que pour les essais de compression, ainsi que pour de la mousse de polyméthacrylimide en utilisant pour le calcul la méthode décrite dans cet article d'Hansen et al..

Les valeurs obtenues sont reportées en ordonnée en figure 10 en fonction de la densité du matériau inséré, ladite invention correspondant au point 15 avec une valeur de 1,75 et une 5 densité du balsa de 102 kg/m3.

La courbe 16 est relative à la mousse de polyméthacrylimide à structure isotrope, la courbe 17 à du bois de balsa mais dont l'axe (4) est parallèle à l'axe longitudinal de la poutre, la courbe 18 à de la moussede polyuréthane et la courbe 19 à de la mousse d'aluminium, toutes deux également à structure isotrope.

Il apparaît clairement que la solution correspondant à l'invention est la plus intéressante quant au bilan de poids (courbe positionnée la plus à gauche).

Enfin, la figure 11 présente une poutre à renfort en mousse de polyuréthane à gauche et une poutre selon l'invention à droite après essais de flexion; elle montre que l'effondrement de la poutre selon ladite invention est très considérablement retardé, puisqu'il ne s'est pas encore produit dans ce dernier cas à l'issue de l'essai. 25

Claims (11)

Revendications

1. Poutre de structure automobile destinée à absorber l'énergie de façon irréversible lors de chocs la sollicitant essentiellement en flexion, caractérisée en ce qu'elle comporte: 5 - Un corps de forme tubulaire (1), - A l'intérieur dudit corps et sur tout ou partie de sa longueur, un renfort (3) constitué d'un matériau naturel ou synthétique, à structure cellulaire orientée, l'axe cellulaire (4) étant sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal (2) dudit corps.

2. Poutre selon la revendication 1, caractérisée en ce que le matériau de renfort est positionné dans une zone déterminée de façon à optimiser l'absorption d'énergie et retarder l'effondrement de ladite poutre lors de sa sollicitation en flexion au cours du choc.

3. Poutre selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le matériau de renfort est positionné par insertion dans le corps de forme tubulaire.

4. Poutre selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le corps est réalisé en alliage d'aluminium ou de magnésium.

5. Poutre selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le matériau naturel de renfort est du bois de balsa.

6. Poutre selon la revendication 5 caractérisée en ce que la densité du bois de balsa est 25 comprise entre 0,5 et 4 kg/m3.

7. Poutre selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le corps de forme tubulaire est réalisé à partir d'un profilé extrudé, éventuellement multicellulaire, en alliage d'aluminium ou de magnésium.

8. Poutre selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le corps de forme tubulaire est réalisé à partir de tôles laminées mises en forme par emboutissage et /ou pliage et /ou roulage, et éventuellement assemblage.

9. Poutre selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le corps de forme tubulaire comporte des cloisons internes la divisant en plusieurs compartiments longitudinaux, tout ou partie seulement desdits compartiments comportant un renfort.

10. Poutre de pare-chocs de véhicule caractérisée en ce qu'elle est formée à partir d'une 10 poutre selon l'une des revendications 1 à 9.

11. Structure de caisse de véhicule caractérisée en ce que les longerons de seuil de portière, ou les pieds milieu ou avant, ou les renforts latéraux de portière, sont formés à partir d'une poutre selon l'une des revendications 1 à 9. 25