WO2020229420A1 - Structures résistant au flambage - Google Patents
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- WO2020229420A1 WO2020229420A1 PCT/EP2020/063073 EP2020063073W WO2020229420A1 WO 2020229420 A1 WO2020229420 A1 WO 2020229420A1 EP 2020063073 W EP2020063073 W EP 2020063073W WO 2020229420 A1 WO2020229420 A1 WO 2020229420A1
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- E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
- E04C3/00—Structural elongated elements designed for load-supporting
- E04C3/02—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces
- E04C3/04—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal
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- E04C3/04—Joists; Girders, trusses, or trusslike structures, e.g. prefabricated; Lintels; Transoms; Braces of metal
- E04C2003/0486—Truss like structures composed of separate truss elements
Definitions
- the present invention relates to structures or components designed to operate in mechanical environments liable to give rise to stresses therein such that with the dimensions they present, buckling phenomena may appear. It relates more specifically on the one hand to structures comprising beams and joists assembled in triangulated or lattice structures, and on the other hand to individualized joists or connecting rods capable of being integrated into such structures and / or usable according to specific applications, whatever their material of manufacture.
- Beams, joists, connecting rods etc. being components of the elongated type which very generally undergo compressive stresses and tensions in most existing stressing situations, the question of their buckling following axial compression frequently arises.
- the aforementioned beams may be intended to be used as elementary components of structures, in particular more complex triangulated structures, in which they must manage various stresses, a not insignificant part of which may be directed along their axis, raising the issue of buckling. More precisely, beams, bars, joists etc. of axial and slender appearance are liable to buckle, when stressed in compression, from a critical compressive force which is directly related to their buckling length. Buckling, which one obviously seeks to avoid, becomes de facto the sizing parameter of this type of element.
- the idea behind the invention is not to prevent any buckling, but to anticipate it and orient its effects - a bending of shape perpendicular to the axis of the element which buckles - over at least part of the structure or component, in a direction and a direction that the design of the rest of the structure or component makes it possible to catch up or inhibit.
- the design at the origin of the invention aims to maintain control of the buckling phenomenon, when it occurs, in particular to overcome its in principle completely random character, and which therefore becomes difficult or even impossible to control.
- bending resulting from buckling occurring on a rectilinear elongated member may occur, in a direction substantially perpendicular to the axis, indifferently in both directions without it being possible to predict towards where the deformation will occur.
- the first consequence of not knowing the direction of the bending is the need to oversize all the components in order to deal with any eventuality. From an economic standpoint, directly (material cost of the component) or indirectly (transport of heavier products, etc.), the consequences of this oversizing are very unfavorable.
- the invention relates to a triangulated mechanical structure composed on the one hand of a primary structure comprising a plurality of beams arranged in at least one triangle and each consisting of beams connected between they at the level of fixing nodes and on the other hand of the secondary connecting segments of the beams of the primary structure, characterized in that:
- Each fixing node of a beam is connected by a secondary connecting segment to at least one fixing node of at least one other beam of the primary structure, said secondary segment opposing the deformations of the beams which 'He links.
- each beam is not random, but in fact depends on its mechanical situation with respect to the stresses and their effects on the triangle.
- the aim is to limit flexion in each beam, the direction of which is known in advance due to the existence of the predetermined bending which then only increases. This limitation is organized by means of the deformation occurring in the other beams, by means of the secondary segments which connect them, which therefore necessarily work in tension.
- the compression increases the bending of the beams subjected to it and the tension decreases it within the framework of a triangle structure.
- the trellis formed by the secondary segments which connect the nodes of the beams allows mutual action between beams which counteracts, and in the best case, neutralizes the effects of the stress to which they are subjected.
- the resulting displacement control of the connecting nodes between beams limits the displacement of the latter during buckling, which results in considerably increasing their limit buckling load.
- At least one of the secondary segments can be produced by a flexible link: in other words, said secondary segments can be implemented using not solid bars, but flexible links by example of cable type. They are then tensioned to oppose the deformations of the beams.
- the compression beams are bent towards the outside of the triangle. Beams in tension are curved towards the inside of the triangle.
- the secondary segments oppose it because they connect either two beams which bend in two opposite directions and move away from one another, or a beam which increases its deflection and a beam which flattens under the effect of traction and therefore also deviates from the former.
- the beams used for the production of the beams of the invention can also be based on the same principle, and include elements which are preformed to predictably orient the deformation, when they are stressed. in compression, deformation to which one or more elements stressed in tension brings about an antagonism.
- a joist may include:
- connection zone two slats curved outwardly of the joist, secured at their ends at a connection zone;
- the curved character of the main parts of these beams namely the slats which give them their shapes and dimensions, allows them to react to stresses in a differentiated manner.
- the slats tend to flatten out, but the transverse spacers therefore subjected to compression oppose this movement.
- the tendency is to increase the bend, but this movement is also blocked, this time by the peripheral lacing, which works well in tension.
- the three components of these beams therefore allow conservation of its overall shape without damaging stress concentrations, always playing on the antagonism of elements operating in compression and elements operating in tension.
- the locking device may consist of a peripheral coil surrounding the slats with the exception of two end zones.
- it can be a peripheral reticulated lacing surrounding the slats, again with the exception of two end zones.
- the locking device is made of a composite material, although other materials are possible as long as they fulfill the function of locking outwards. slats.
- the locking device can also consist of transverse screw connections at least at the level of the spacers, and therefore be preferably produced by means of metal bolts or screws.
- the slats themselves can be made of a composite material, the mechanical properties of which and the ease of use, practically whatever the final shape of the slats, are particularly advantageous for this type of structure.
- connection areas at each end of the slats may include reinforcements.
- reinforcements apply in particular in a configuration of the beams of the invention in the form of a connecting rod, in which the connection zones of each slat have an orifice passing through a transverse axis, the orifices of the two slats secured at each end being collinear.
- said beam has symmetry with respect to a median plane perpendicular to the axial direction of the spacers.
- the slats are almost exclusively stressed in tension and in compression, and these stresses do not lead to shape accident, which gives the beams great strength and rigidity, and in particular very great resistance to buckling .
- these beams / connecting rods allows their manufacture with simple means of production, requiring no substantial investment. They can for example be made of composite materials, by molding according to a particularly simple method. Alternatively, by using thermoplastic composites, it is easy to obtain the slats by hot deformation of flat plates followed by cutting, for example with a water jet. Lacing can be done with a composite yarn using a conventional filament winding machine.
- connection zones at the end of the integral slats are kept at a distance from one another by means of a spacer arranged in their vicinity. This spacing results in practice in transforming the end rod into a yoke connecting rod, preferably with reinforced end zones.
- the invention also relates to a method of manufacturing mechanical structures with a triangulated primary structure as defined above, such as it comprises the following steps:
- Figure 1 is an elevational view of a triangulated three-beam structure according to the present invention.
- Figure 2 shows, also in elevation view, a structural variant with two beams
- Figure 3 shows a perspective view of a three-dimensional structure
- Figure 4 shows, in an exploded perspective view, a beam or connecting rod according to the invention
- Figure 5 shows a perspective view of said beam or assembled connecting rod
- FIG. 6 illustrates a top view of a possible application as a connecting rod with end caps.
- the structure of the invention consists of three main beams 1, 2, 3 formed in a triangle and placed in a mechanical system such that the beams 1, 2 are subjected to external stresses resulting in to compress them. In this system, the beam 3 is subjected to traction due to the compression of the previous two.
- each of these beams 1, 2, 3 is in turn made up of beams 10, 1 1, 12; 20, 21, 22 and 30 to 34.
- Fastening nodes 40, 50 and 60 located at the angles of the triangle separate them and other nodes are placed in each of the beams 1, 2, 3.
- the nodes are referenced 13 and 14, those which correspond to them in the beam
- the cutting of the beams 1 to 3 into sections materialized by the beams easily allows these beams 1 to 3 to be given their initial bending.
- the pre-orientation due to bending means that the bending due to buckling does not occur in a random direction, but necessarily outwards.
- the pre-orientation of beam 3 leads to its bending being reduced: in all cases, the beams therefore tend to move away from each other, when they are considered in pairs.
- each node of these beams 1, 2 is connected with a node of another beam 3, for example by flexible links 13a, 13b which take the place of secondary segments and which work under tension.
- the node 13 is connected to the two nodes 35, 36 of the beam 3 which move away from it and tend to block its outward movement. It is the same with the nodes 14, 23 and 24, respectively with the pairs of nodes 36, 37; 37, 38, via the links 14a, 14b respectively; 23a, 23b; 24a, 24b. All these secondary segments or links work in tension, and limit the displacements due to buckling.
- the corner nodes 50, 60 are also provided with secondary segments or links, exactly under the same conditions as before, that is to say working in tension. These corner nodes 50, 60 are also connected to two nodes respectively 60, 23; 50, 13 of the opposite beam of the triangle, via links 50a, 50b; 60b.
- the work in tension results from the fact that the two beams 1, 2 have been pre-oriented so as to deviate from each other, a condition indicated above for the links to work in tension and fulfill their purpose.
- the secondary segments are reoriented relative to those of Figure 1, in the direction of the opposite beam. It follows that certain nodes 13, 23 are connected via a secondary segment or link with 3 nodes of the opposite beam.
- the simple object of FIG. 3 is to show the possibility of generalizing the diagrams of FIGS. 1 and 2 to a three-dimensional structure, exactly under the same conditions and with the same requirements as regards the cooperation between the primary structure and the secondary segments or links, both for elements working in compression and for elements working in tension.
- the beams of these structures can take the form and construction shown, namely have two slats 100, 101 curved giving its basic shape to the beam, inside which are placed separators 102.
- the slats 100, 101 have connection zones 1 10, 1 10 'between them at their two ends, zones which are reinforced in thickness and have through orifices 103 which are of the same diameter. and coaxial when the slats 100, 101 are assembled.
- peripheral lacing is then carried out by means of at least one lace 104, so as to produce reticulated lacing all around the base structure.
- This crosslinked lacing is for example produced by means of a conventional filament winding machine. It should be noted that this structure can serve as a beam for larger configurations such as those envisaged previously, but that it is obviously perfectly possible to use them as such, for example as connecting rods, independently and in other applications. .
- the connecting rods of Figures 4 to 6 are preferably made of composite materials, allowing them to benefit from known and well-mastered manufacturing techniques, such as molding, thermoplasty, etc. These manufacturing methods make it possible to manufacture such connecting rods easily and at a lower cost.
- Figures 1 to 3 are not limited to particular materials, the techniques and characteristics of the invention are appropriate and can be implemented for any material, including metals, wood, composite materials, etc. .
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Abstract
L'invention concerne une structure mécanique triangulée composée d'une part d'une structure primaire comportant une pluralité de poutres (1, 2, 3) agencées en au moins un triangle et constituées chacune de poutrelles reliées entre elles au niveau de noeuds de fixation et d'autre part de segments secondaires de liaison des poutres (1, 2, 3) de la structure primaire. Les poutrelles de chaque poutre (1, 2, 3) de la structure primaire sont fixées l'une à l'autre de manière à conférer un cintrage prédéterminé à la poutre (1, 2, 3). Chaque nœud de fixation d'une poutre (1, 2, 3) est relié par un segment secondaire de liaison à au moins un nœud de fixation d'au moins une autre poutre (1, 2, 3) de la structure primaire, ledit segment secondaire s'opposant aux déformations des poutres (1, 2, 3) qu'il relie.
Description
Structures résistant au flambage.
[0001 ] [La présente invention a trait à des structures ou composants prévus pour fonctionner dans des environnements mécaniques susceptibles d’y susciter des contraintes telles qu’avec les dimensionnements qu’ils présentent, des phénomènes de flambage peuvent apparaître. Elle concerne plus précisément d’une part des structures comportant des poutres et des poutrelles assemblées en des structures triangulées ou en treillis, et d’autre part des poutrelles ou bielles individualisées susceptibles d’être intégrées à de telles structures et/ou utilisables selon des applications spécifiques, quel que soit leur matériau de fabrication.
[0002] Les poutres, poutrelles, bielles etc. étant des composants de type allongé qui subissent très généralement des contraintes de compression et des tensions dans la plupart des situations de mise en contrainte existantes, la question de leur flambage consécutif à une compression axiale se pose fréquemment. En pratique, les poutrelles précitées peuvent avoir vocation à être utilisées comme composants élémentaires de structures notamment triangulées plus complexes, dans lesquelles elles doivent gérer des contraintes diverses dont une partie non négligeable peut être dirigée selon leur axe, reposant la question du flambage. Plus précisément, les poutres, barres, poutrelles etc. d’allure axiale et élancée sont susceptibles de flamber, lorsqu’elles sont sollicitées en compression, à partir d’un effort critique de compression qui est directement lié à leur longueur de flambement. Le flambage, que l’on cherche évidemment à éviter, devient de facto le paramètre dimensionnant de ce type d’éléments.
[0003] L’idée qui préside à l’invention n’est pas d’empêcher tout flambage, mais de l’anticiper et d’orienter ses effets - une flexion d’allure perpendiculaire à l’axe de l’élément qui flambe - sur une partie au moins de la structure ou du composant, dans une direction et un sens que la conception du reste de la structure ou du composant permet de rattraper ou d’inhiber.
[0004] En d’autres termes, la conception à l’origine de l’invention a pour objectif de conserver la maîtrise du phénomène de flambage, lorsqu’il apparaît, en particulier pour s’affranchir de son caractère en principe totalement aléatoire, et qui devient dès lors difficile voire impossible à contrôler. Ainsi, la flexion résultant du flambage survenant sur un élément allongé rectiligne peut se produire, dans une direction
sensiblement perpendiculaire à l’axe, indifféremment dans les deux sens sans qu’on puisse prévoir vers où la déformation va se produire. Au sein d’une structure complexe, par exemple en treillis, la méconnaissance du sens de la flexion a pour première conséquence la nécessité de surdimensionner tous les composants afin de parer à toute éventualité. Sur un plan économique, directement (coût matière du composant) ou indirectement (transport de produits plus lourds, ...), les conséquences de ce surdimensionnement sont très défavorables.
[0005] La coexistence, dans les environnements mécaniques sous contraintes, des phénomènes de compression et de tension conduit cependant à imaginer que l’un puisse être utilisé de manière efficace pour contrer les effets de l’autre, en vue d’une auto-neutralisation mise en oeuvre par le système lui-même. Ainsi, susciter ou faciliter la déformation dans un certain sens de composants d’un système mécanique permet aussi et à l’inverse de susciter la tension d’autres éléments judicieusement connectés aux premiers, à des endroits où il est prévisible que la déformation sera impactante. Les parties du système qui sont soumises à de la tension deviennent alors des éléments stabilisateurs dudit système, qui sont prévus et intégrés à cet effet dans la structure dès la conception initiale.
[0006] Pour satisfaire à ces objectifs, selon une première configuration, l’invention concerne une structure mécanique triangulée composée d’une part d’une structure primaire comportant une pluralité de poutres agencées en au moins un triangle et constituées chacune de poutrelles reliées entre elles au niveau de noeuds de fixation et d’autre part des segments secondaires de liaison des poutres de la structure primaire, caractérisée en ce que :
[0007] - les poutrelles de chaque poutre de la structure primaire sont fixées l’une à l’autre de manière à conférer un cintrage prédéterminé à la poutre ;
[0008] - chaque nœud de fixation d’une poutre est relié par un segment secondaire de liaison à au moins un nœud de fixation d’au moins une autre poutre de la structure primaire, ledit segment secondaire s’opposant aux déformations des poutres qu’il relie.
[0009] Comme on le verra dans la suite, le cintrage conféré à chaque poutre n’est pas aléatoire, mais dépend en fait de sa situation mécanique par rapport aux contraintes et à leurs effets sur le triangle. Le but est de limiter la flexion dans
chaque poutre, dont le sens est connu à l’avance du fait de l’existence du cintrage prédéterminé qui ne fait alors que s’accentuer. Cette limitation est organisée au moyen de la déformation se produisant dans les autres poutres, au moyen des segments secondaires qui les relient, qui travaillent dès lors nécessairement en traction.
[0010] De fait, la compression augmente le cintrage des poutres qui y sont soumises et la tension le diminue dans le cadre d’une structure en triangle. Le treillis constitué par les segments secondaires qui relient les noeuds des poutres permet une action mutuelle entre poutres qui contrecarre, et neutralise dans le meilleur des cas, les effets de la contrainte qu’elles subissent. Le contrôle du déplacement qui en résulte des noeuds de liaison entre poutrelles limite le déplacement de ces dernières au cours du flambage, ce qui aboutit à augmenter considérablement leur charge limite de flambage.
[001 1 ] En somme, le fait de cintrer les poutres, qui semble de prime abord les affaiblir dans une pure perspective mécanique liée au phénomène de flambage, leur permet au contraire, dans les conditions de l’invention, en mettant en place une structure secondaire de liaison des poutres, de mieux résister.
[0012] On parle de structure mécanique triangulée, impliquant des poutres agencées selon des formes en triangle, sachant qu’au sens de l’invention, il est parfaitement possible qu’au moins un triangle de la structure ne comporte que deux poutres reliées angulairement à l’une de leurs extrémités. Dans ce cas, les deux poutres étant chargées de telle sorte qu’elles sont soumises à de la compression, les parties en traction qui sont nécessaires à la mise en oeuvre de l’invention sont les segments secondaires qui les relient.
[0013] Selon l’invention, par ailleurs, au moins un des segments secondaires peut être réalisé par un lien souple : en d’autres termes, lesdits segments secondaires peuvent être implémentés en utilisant non pas des barres solides, mais des liens souples par exemple de type câbles. Ils sont alors tendus pour s’opposer aux déformations des poutres.
[0014] En pratique, selon l’invention, les poutres en compression sont cintrées vers l’extérieur du triangle. Les poutres en traction sont quant à elles cintrées vers l’intérieur du triangle. Dans ce cas, lorsque la flexion des poutres en compression
s’accentue, les segments secondaires s’y opposent car ils relient soit deux poutres qui fléchissent dans deux sens opposés et s’écartent l’une de l’autre, soit une poutre qui augmente son fléchissement et une poutre qui s’aplatit sous l’effet de la traction et s’écarte par conséquent aussi de la première.
[0015] A un niveau plus élémentaire, les poutrelles utilisées pour la réalisation des poutres de l’invention peuvent également être basées sur le même principe, et comporter des éléments qui sont préformés pour orienter de manière prévisible la déformation, lorsqu’ils sont sollicités en compression, déformation à laquelle un ou des éléments sollicités en traction apporte un antagonisme. Ainsi, selon une possibilité propre à l’invention, une poutrelle peut comporter :
[0016] - deux lattes cintrées vers l’extérieur de la poutrelle, solidarisées à leurs extrémités au niveau d’une zone de connexion ;
[0017] - des écarteurs transversaux disposés entre les lattes ; et
[0018] - un dispositif de blocage de la déformation vers l’extérieur des lattes.
[0019] De fait, le caractère cintré des parties principales de ces poutrelles, à savoir les lattes qui leur confèrent leurs formes et dimensions leur permet de réagir aux sollicitations de manière différenciée. Ainsi, en tension, les lattes tendent à s’aplatir, mais les écarteurs transversaux dès lors soumis à compression s’opposent à ce mouvement. En compression, la tendance est à l’augmentation du cintrage, mais ce mouvement est également bloqué, cette fois par le laçage périphérique, qui fonctionne bien en tension. Les trois composants de ces poutrelles permettent donc une conservation de sa forme globale sans qu’il y ait de concentrations de contraintes dommageables, toujours en jouant sur l’antagonisme d’éléments fonctionnant en compression et d’éléments fonctionnant en tension.
[0020] Selon une configuration possible, le dispositif de blocage peut consister en un bobinage périphérique entourant les lattes à l’exception de deux zones d’extrémité. Alternativement, il peut s’agir d’un laçage réticulé périphérique entourant les lattes, toujours à l’exception de deux zones d’extrémité.
[0021 ] Dans ces cas, de préférence, le dispositif de blocage, quelle que soit la forme prise, est en matériau composite, bien que d’autres matériaux soient possibles dès lors qu’ils remplissent la fonction de blocage vers l’extérieur des lattes. Ainsi, par
exemple, le dispositif de blocage peut aussi consister en des vissages transversaux au moins aux niveaux des écarteurs, et dès lors être réalisé préférentiellement au moyen de boulons ou vis métalliques.
[0022] De préférence encore, les lattes elles-mêmes peuvent être en matériau composite, dont les propriétés mécaniques et la facilité de mise en oeuvre, pratiquement quelle que soit la forme finale des lattes, sont particulièrement avantageuses pour ce type de structure.
[0023] Selon une configuration préférentielle, les zones de connexion à chaque extrémité des lattes peuvent comporter des renforts. Ceux-ci s’appliquent notamment dans une configuration des poutrelles de l’invention en bielle, dans laquelle les zones de connexion de chaque latte comportent un orifice traversant d’axe transversal, les orifices des deux lattes solidarisées à chaque extrémité étant colinéaires. De préférence encore, ladite poutrelle présente une symétrie par rapport à un plan médian perpendiculaire à la direction axiale des écarteurs.
[0024] Les lattes sont presqu’exclusivement sollicitées en traction et en compression, et ces contraintes n’entraînent pas d’accident de forme, ce qui confère aux poutrelles une grande résistance et une grande rigidité, et notamment une très grande résistance au flambage.
[0025] La simplicité de conception de ces poutrelles/bielles permet leur fabrication avec des moyens de production simples, ne nécessitant pas d’investissements conséquents. Elles peuvent par exemple être réalisées en matériaux composites, par moulage selon un mode particulièrement simple. Alternativement, par utilisation de composites thermoplastique, il est aisé d’obtenir les lattes par déformation à chaud de plaques planes suivie d’une découpe, par exemple au jet d’eau. Le laçage peut être réalisé avec un fil composite en utilisant une machine d’enroulement filamentaire classique.
[0026] Dans une variante possible, les zones de connexion à l’extrémité des lattes solidarisées sont maintenues à distance l’une de l’autre au moyen d’un écarteur disposé à leur voisinage. Cet écartement aboutit en pratique à transformer la bielle à embouts en une bielle à chape, avec de préférence des zones d’extrémité renforcées.
[0027] L’invention concerne aussi un procédé de fabrication de structures mécaniques à structure primaire triangulées telles que définies auparavant, tel qu’il comporte les étapes suivantes :
[0028] - identification des efforts appliqués à la structure mécanique dans son environnement ;
[0029] - identification, dans chaque triangle de poutres, des poutres soumises à une compression ;
[0030] - identification de la poutre soumise à de la traction, s’il y a lieu ;
[0031 ] - cintrage vers l’extérieur du triangle de chaque poutre soumise à compression ;
[0032] - cintrage vers l’intérieur du triangle de chaque poutre soumise à traction, s’il y a lieu ;
[0033] - liaison par un segment secondaire de liaison d’au moins un nœud de fixation de chaque poutre à au moins un nœud de fixation d’au moins une autre poutre de la structure primaire.
[0034] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, qui se rapporte à des exemples particuliers de réalisation de l’invention, qui n’en sont cependant pas limitatifs.
[0035] La compréhension de cette description sera facilitée en se référant au dessin joint, lequel est constitué des figures suivantes :
[0036] La figure 1 est une vue en élévation d’une structure triangulée à trois poutres selon la présente invention ;
[0037] La figure 2 représente, également en vue en élévation, une variante structurelle à deux poutres ;
[0038] La figure 3 montre une vue perspective d’une structure tridimensionnelle ;
[0039] La figure 4 représente, en vue perspective éclatée, une poutrelle ou bielle selon l’invention ;
[0040] La figure 5 montre en vue perspective ladite poutrelle ou bielle assemblée ; et
[0041 ] La figure 6 en illustre en vue de dessus une application possible en bielle à chapes d’extrémité.
[0042] En référence à la figure 1 , la structure de l’invention est constituée de trois poutres principales 1 , 2, 3 constituées en triangle et placées dans un système mécanique tel que les poutres 1 , 2 sont soumises à des contraintes externes aboutissant à les comprimer. Dans ce système, la poutre 3 subit une traction du fait de la compression des deux précédentes. Selon l’invention, chacune de ces poutres 1 , 2, 3 est à son tour constituée de poutrelles 10, 1 1 , 12 ; 20, 21 , 22 et 30 à 34. Des noeuds de fixation 40, 50 et 60 situés aux angles du triangle les séparent et d’autres noeuds sont placés dans chacune des poutres 1 , 2, 3. Dans la poutre 1 , les nœuds sont référencés 13 et 14, ceux qui leur correspondent dans la poutre
2 sont référencés 23, 24 et, pour ce qui concerne la poutre en tension 3, ils sont référencés 35 à 38.
[0043] Dans l’hypothèse de charge représentée, les poutres 1 et 2 sont soumises à de la compression, et la poutre 3 est sollicitée en tension. Les deux premières sont donc cintrées vers l’extérieur du triangle, alors que la dernière l’est vers l’intérieur, comme apparent sur la figure 1. Ces orientations sont données à la construction, au moment de fixer l’une à l’autre les poutrelles élémentaires 10 à 12 ; 20 à 22 ; 30 à 34 constituant les poutres 1 , 2 et 3. La pression résultant du système mécanique, lequel est schématisé d’une part par la force résultante F et d’autre part par les liaisons au niveau des nœuds 50, 60, se traduit par un accroissement de la déformation des poutres 1 , 2 qui se cintrent encore davantage vers l’extérieur dans la direction des flèches qui s’en écartent, sous l’effet du flambage. La poutre
3 subit corollairement une tension qui tend à diminuer son cintrage, donc à l’aplatir, comme le montrent les flèches placées sous elle.
[0044] Le découpage des poutres 1 à 3 en tronçons matérialisés par les poutrelles permet aisément de conférer à ces poutres 1 à 3 leur cintrage initial. Pour les poutres 1 et 2, la pré-orientation due au cintrage entraîne que la flexion due au flambage ne se fait pas dans une direction aléatoire, mais nécessairement vers l’extérieur. De même, la pré-orientation de la poutre 3 conduit à en diminuer le cintrage : dans tous les cas, les poutres tendent par conséquent à s’écarter l’une de l’autre, lorsqu’elles sont considérées deux à deux.
[0045] C’est sur ce résultat que s’appuie l’invention, en prévoyant additionnellement des segments secondaires qui ont pour objectif de limiter ou bloquer la déformation des poutres 1 , 2 en compression. A cet effet, dans la figure 1 , chaque nœud de
ces poutres 1 , 2 est mis en relation avec un nœud d’une autre poutre 3, par exemple par des liens souples 13a, 13b qui tiennent lieu de segments secondaires et qui travaillent en tension. Ainsi, le nœud 13 est relié aux deux nœuds 35, 36 de la poutre 3 qui s’écartent de lui et tendent à bloquer son déplacement vers l’extérieur. Il en va de même avec les nœuds 14, 23 et 24, respectivement avec les paires de nœuds 36, 37 ; 37, 38, via les liens respectivement 14a, 14b ; 23a, 23b ; 24a, 24b. Tous ces segments secondaires ou liens travaillent en tension, et limitent les déplacements dus au flambage.
[0046] On notera que la situation est mutatis mutandis la même pour ce qui concerne la configuration de la figure 2, qui ne comporte pas de poutre 3 en tension mais dans laquelle la structure en triangle se retrouve. Dans ce cas, les nœuds d’angle 50, 60 sont aussi munis de segments secondaires ou liens, exactement dans les mêmes conditions qu’auparavant, c’est-à-dire travaillant en tension. Ces nœuds d’angle 50, 60 sont aussi reliés à deux nœuds respectivement 60, 23 ; 50, 13 de la poutre opposée du triangle, via des liens 50a, 50b ; 60b. Le travail en tension résulte du fait que les deux poutres 1 , 2 ont été pré-orientées de manière à s’écarter l’une de l’autre, condition indiquée précédemment pour que les liens fonctionnent en tension et remplissent leur objectif. Dans la configuration de la figure 2, les segments secondaires sont réorientés par rapport à ceux de la figure 1 , en direction de la poutre opposée. Il en résulte que certains nœuds 13, 23 sont reliés via un segment secondaire ou lien à 3 nœuds de la poutre opposée.
[0047] La figure 3 a pour simple objet de montrer la possibilité de généralisation des schémas des figures 1 et 2 à une structure tridimensionnelle, exactement dans les mêmes conditions et avec les mêmes exigences pour ce qui concerne la coopération entre la structure primaire et les segments secondaires ou liens, à la fois pour les éléments travaillant en compression et pour les éléments travaillant en tension.
[0048] En référence aux figures 4 et 5, les poutrelles de ces structures peuvent prendre la forme et la construction montrées, à savoir présenter deux lattes 100, 101 cintrées conférant sa forme basique à la poutrelle, à l’intérieur desquelles sont placés des séparateurs 102. Les lattes 100, 101 comportent des zones de connexion 1 10, 1 10’ entre elles à leurs deux extrémités, zones qui sont renforcées en épaisseur et présentent des orifices 103 traversants qui sont de même diamètre
et coaxiaux lorsque les lattes 100, 101 sont assemblées. Après assemblage, par tout type de technologie de collage, soudage, moulage etc.., un laçage périphérique est ensuite effectué au moyen d’au moins un lacet 104, de manière à réaliser un laçage réticulé tout autour de la structure de base. Ce laçage réticulé est par exemple réalisé au moyen d’une machine d’enroulement filamentaire classique. Il est à noter que cette structure peut servir de poutrelle pour des configurations plus importantes telles que celles envisagées auparavant, mais qu’il est évidemment parfaitement possible de les utiliser en tant que telles, par exemple comme bielles, indépendamment et dans d’autres applications.
[0049] La différence que présente la structure montrée en figure 6 réside dans l’espace ménagé entre les zones de connexion d’extrémité 1 10, 1 10’, par exemple obtenu de chaque côté au moyen d’un séparateur particulier 102’ placé à l’entrée de ces zones, qui sont là encore renforcées par augmentation de l’épaisseur. Une telle bielle à chapes d’extrémité est utilisable dans de multiples configurations, notamment pour mettre en oeuvre facilement des liaisons rotatives aux extrémités de la bielle.
[0050] Les bielles des figures 4 à 6 sont de préférence réalisées en matériaux composites, permettant de les faire bénéficier de techniques de fabrication connues et bien maîtrisées, telles que le moulage, la thermoplastie, etc. Ces modes de fabrication rendent possible la fabrication de telles bielles facilement et à moindre coût.
[0051 ] Les structures des figures 1 à 3 ne sont nullement limitées à des matériaux particuliers, les techniques et caractéristiques de l’invention sont appropriées et peuvent être mises en œuvre pour tout matériaux, incluant les métaux, le bois, les matériaux composites etc.
[0052] Bien que l’invention ait été décrite en relation avec des formes de réalisation particulières, il est bien entendu qu’elle n’y est nullement limitée, les exemples montrés n’étant pas exhaustifs des configurations possibles. On peut y apporter diverses modifications de formes, de matériaux et de combinaisons de ces divers éléments, sans pour autant s’éloigner du cadre et de l’esprit de l’invention.
Claims
[Revendication 1 ] [Structure mécanique triangulée composée d’une part d’une structure primaire comportant une pluralité de poutres (1 , 2, 3) agencées en au moins un triangle et constituées chacune de poutrelles (10 à 12 ; 20 à 22 ; 30 à 34) reliées entre elles au niveau de noeuds de fixation (13, 14 ; 23, 24 ; 35 à 38) et d’autre part de segments secondaires (13a, 13b ; 14a, 14b ; 23a, 23b ; 24a, 24b ; 50a, 50b ; 60b) de liaison des poutres (1 , 2, 3) de la structure primaire, caractérisée en ce que :
- les poutrelles (10 à 12 ; 20 à 22 ; 30 à 34) de chaque poutre (1 , 2, 3) de la structure primaire sont fixées l’une à l’autre de manière à conférer un cintrage prédéterminé à la poutre (1 , 2, 3) ;
- chaque nœud de fixation (13, 14 ; 23, 24 ; 35 à 38) d’une poutre (1 , 2, 3) est relié par un segment secondaire (13a, 13b ; 14a, 14b ; 23a, 23b ; 24a, 24b ; 50a, 50b ; 60b) de liaison à au moins un nœud de fixation (13, 14 ; 23, 24 ; 35 à 38) d’au moins une autre poutre (1 , 2, 3) de la structure primaire, ledit segment secondaire (13a, 13b ; 14a, 14b ; 23a, 23b ; 24a, 24b ; 50a, 50b ; 60b) s’opposant aux déformations des poutres (1 , 2, 3) qu’il relie.
[Revendication 2] Structure mécanique triangulée selon la revendication précédente, caractérisée en ce qu’au moins un triangle de la structure ne comporte que deux poutres (1 , 2) reliées angulairement à l’une de leurs extrémités.
[Revendication 3] Structure mécanique triangulée selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’au moins un des segments secondaires (13a, 13b ; 14a, 14b ; 23a, 23b ; 24a, 24b ; 50a, 50b ; 60a) est réalisé par un lien souple.
[Revendication 4] Structure mécanique triangulée selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les poutres (1 , 2) en compression sont cintrées vers l’extérieur du triangle.
[Revendication 5] Structure mécanique triangulée selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les poutres en traction (3) sont cintrées vers l’intérieur du triangle.
[Revendication 6] Structure mécanique triangulée selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’une poutrelle comporte :
- deux lattes (100, 101 ) cintrées vers l’extérieur de la poutrelle, solidarisées à leurs extrémités au niveau d’une zone de connexion (1 10, 1 10’) ;
- des écarteurs (102) transversaux disposés entre les lattes (100, 101 ) ;
- un dispositif de blocage de la déformation vers l’extérieur des lattes (100, 101 ).
[Revendication 7] Structure mécanique triangulée selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le dispositif de blocage consiste en un bobinage périphérique entourant les lattes (100, 101 ) à l’exception de deux zones d’extrémité.
[Revendication 8] Structure mécanique triangulée selon la revendication 6, caractérisée en ce que le dispositif de blocage consiste en un laçage réticulé périphérique entourant les lattes (100, 101 ) à l’exception de deux zones d’extrémité.
[Revendication 9] Structure mécanique triangulée selon l’une des revendications 7 et 8, caractérisée en ce que le dispositif de blocage est en matériau composite.
[Revendication 10] Structure mécanique triangulée selon la revendication 6, caractérisée en ce que le dispositif de blocage consiste en des vissages transversaux au moins aux niveaux des écarteurs (102).
[Revendication 1 1] Structure mécanique triangulée selon l’une des revendications 6 à 10, caractérisée en ce que les lattes (100, 101 ) sont en matériau composite.
[Revendication 12] Structure mécanique triangulée selon l’une des revendications 6 à 1 1 , caractérisée en ce que les zones de connexion (1 10, 1 10’) à chaque extrémité des lattes (100, 101 ) comportent des renforts.
[Revendication 13] Structure mécanique triangulée selon l’une des revendications 6 à 12, caractérisée en ce que les zones de connexion (1 10, 1 10’) de chaque latte (100, 101 ) comportent un orifice (103) traversant d’axe transversal, les orifices (103) des deux lattes (100, 101 ) solidarisées à chaque extrémité étant colinéaires.
[Revendication 14] Structure mécanique triangulée selon l’une des revendications 6 à 13, caractérisée en ce que la poutrelle présente une
symétrie par rapport à un plan médian perpendiculaire à la direction axiale des écarteurs (102).
[Revendication 15] Structure mécanique triangulée selon l’une des revendications 6 à 14, caractérisée en ce que les zones de connexion (1 10, 1 10’) à l’extrémité des lattes (100, 101 ) solidarisées sont maintenues à distance l’une de l’autre au moyen d’un écarteur (102’) disposé à leur voisinage.
[Revendication 16] Procédé de réalisation d’une structure mécanique à structure primaire triangulée selon les revendications précédentes, en vue de l’implanter dans un environnement dans lequel les efforts appliqués à la structure sont connus, caractérisé par les étapes suivantes :
- identification des efforts appliqués à la structure mécanique dans son environnement ;
- identification, dans chaque triangle de poutres, des poutres (1 , 2) soumises à une compression ;
- identification de la poutre (3) soumise à de la traction, s’il y a lieu ;
- cintrage vers l’extérieur du triangle de chaque poutre (1 , 2) soumise à compression ;
- cintrage vers l’intérieur du triangle de chaque poutre (3) soumise à traction, s’il y a lieu ;
- liaison par un segment secondaire (13a, 13b ; 14a, 14b ; 23a, 23b ; 24a, 24b ; 50a, 50b ; 60b) de liaison d’au moins un nœud de fixation (13, 14 ; 23, 24 ; 35 à 38) de chaque poutre (1 , 2, 3) à au moins un nœud de fixation (13, 14 ; 23, 24 ; 35 à 38) d’au moins une autre poutre (1 , 2, 3) de la structure primaire.
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- 2020-05-11 WO PCT/EP2020/063073 patent/WO2020229420A1/fr active Application Filing
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| FR3096062B1 (fr) | 2021-10-01 |
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