Dispositif d'extrémité d'un jonc de hauban

Domaine technique

La présente invention concerne les systèmes de liaison par collage entre une terminaison de hauban et le jonc constitutif de celui-ci et concerne en particulier un dispositif d'extrémité d'un hauban formé par un jonc.

Etat de la technique

Les éléments du gréement dormant des voiliers et en particulier les haubans, sont formés d'un jonc ou rod dans le langage professionnel sur lequel est fixée une terminaison qui peut avoir différentes formes et qui comporte un moyen d'accrochage pour pouvoir s'accrocher sur un mât ou autre partie fixe du voilier.

Il existe des haubans dont le rod est constitué d'une barre d'acier inoxydable dont l'extrémité est matricée afin de réaliser une tête du type soupape qui repose dans un siège vissé sur la terminaison du hauban. Le rod devant avoir un diamètre suffisant pour pouvoir supporter sans rupture les forces de traction auxquelles est soumis le hauban, le hauban présente alors l'inconvénient majeur d'être très lourd et de pénaliser la marche du voilier.

On a donc songé à utiliser des rods composés de fibres de carbone disposées longitudinalement dans une matrice de résine époxy, ce qui a pour avantage de diminuer fortement le poids pour un diamètre équivalent. Ainsi, la demande de brevet US 2004/0156672 décrit un hauban dont le rod est, constitué de fibres de carbone dans une résine époxy et dont l'extrémité est introduite dans un évidement de la terminaison et fixée par collage sur la surface extérieure de la partie se trouvant dans l' évidement. Afin de ne pas créer une concentration de contraintes due à une variation

de section brutale du rod qui entraînerait son déchirement par fatigue, la pointe de la terminaison est effilée ou diminuée par degrés successifs afin que le film de colle ne présente pas, lui non plus, de variations brutales d'épaisseur. En outre, il est prévu également de coller une couche de fibres de carbone positionnées dans l'axe général du hauban depuis la surface externe du rod jusqu'à l'extérieur de la terminaison.

Malheureusement, bien que le système décrit dans la demande de brevet US 2004/0156672 est plus légère qu'un système en acier inoxydable du fait que le rod est constitué de fibres de carbone dans une résine époxy, ce dernier ne résistera pas aux forces de traction importantes auxquelles peut être soumis le hauban. En effet, la transmission mécanique des forces de traction s'effectue par cisaillement dans le collage externe du rod. Il est donc nécessaire d'avoir une surface de collage importante soit en utilisant des rods de fort diamètre auquel cas on perd l'avantage de la légèreté du rod et surtout celui-ci est plus coûteux, soit on doit augmenter nettement la longueur du collage. Toutefois, les essais ont prouvé que pour une longueur de collage excédant quatre diamètres, le gain de forces de traction admissible est négligeable, et en plus, il y a un risque que ce soit les fibres de carbone de la couche externe du rod qui se rompent dans le cas d'une grande force de traction plutôt que la couche de colle.

Exposé de l'invention

C'est pourquoi le but de l'invention est de fournir un dispositif d'extrémité de jonc (ou rod) de hauban qui présente une tenue mécanique améliorée permettant l'application de forces de traction importantes sur le hauban sans risque de rupture de ce dernier.

L'objet de l'invention est donc un dispositif d'extrémité d'un hauban comportant un jonc et une terminaison destinée à être fixée à un point fixe par un moyen de fixation quelconque, dans lequel l'extrémité du jonc est formée de portions de jonc de section décroissante, chaque portion ayant une section constante inférieure à la section de la portion précédente et supérieure à la section de la portion suivante lorsqu'on va vers l'extrémité du jonc, et comprenant des ¹ nappes successives de fibres de carbone de même direction dans un liant, chaque nappe étant collée d'une part sur la surface extérieure d'une portion du jonc et d'autre part sur la surface de la nappe collée sur la portion adjacente de section inférieure, la première nappe étant collée d'une part sur la portion de jonc de plus petite section et d'autre part sur la terminaison.

Description brève des figures

Les buts, objets et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faite en référence aux dessins dans lesquels : la figure 1 est une représentation en coupe d'un premier mode de réalisation du dispositif d'extrémité d'un jonc de hauban selon l'invention, la figure 2 est une représentation en coupe d'un second mode de réalisation du dispositif d'extrémité d'un jonc de hauban selon l'invention, la figure 3 est un diagramme montrant les forces de cisaillement appliquées dans un jonc en l'absence de la mise en oeuvre de l'invention, la figure 4 est un diagramme montrant les forces de cisaillement appliquées dans un jonc comportant des portions de section décroissante selon les principes de l'invention, et

la figure 5 est une représentation en coupe d'un mode de réalisation alternatif du dispositif d'extrémité d'un jonc de hauban selon l'invention.

Description détaillée de l' invention

L'invention est basée sur le fait que, comme mentionné précédemment, les forces de traction importantes appliquées sur un jonc (appelé rod par la suite) créent des contraintes de cisaillement trop grandes dans la couche extérieure du rod risquant d' entraîner la rupture et le détachement de cette couche. L'invention consiste donc à former des portions de rod de section décroissante et d'effectuer un collage de nappes de fibres de carbone sur chaque portion afin de transmettre les forces de traction par l'ensemble du rod et non pas seulement par sa périphérie.

Selon un premier mode de réalisation illustré sur la figure 1, le rod 10 généralement de section circulaire, comporte plusieurs portions 12, 14, 16, 18 de section décroissante. A noter que le rod pourrait avoir une section non circulaire, telle qu'une section profilée, elliptique, ovale ou autre.

Dans le cas d'une section circulaire, le mode de réalisation préféré consiste à former des portions dont la longueur est proportionnelle au diamètre de la section. Ainsi, les longueurs des portions 12, 14, 16, 18 sont décroissantes comme le montre la figure 1. Le rapport entre la longueur d'une portion et le diamètre de sa section est de préférence compris entre 2 et 4 et un rapport égal a 3 est utilisé de préférence.

Au moment de la fabrication, le rod constitué de fibres de carbone dans un liant adéquat tel qu'une matrice de résine époxy est pultrudé, ce qui permet d'obtenir un profil constant. Puis les diminutions de section des portions

successives sont réalisées par usinage, fraisage, meulage ou tout autre méthode, chaque diminution étant de l'ordre de 0,5 mm à 2 mm par rapport au diamètre précédent. A noter que le raccord entre deux portions successives peut être perpendiculaire à la surface des portions (dressage) comme c'est le cas de la figure 1, en cône ou rayonné.

Puis la terminaison 20 en métal ou en matériau composite est installée fixement à l'extrémité du rod. Cette fixation peut se faire par collage ou par emmanchement comme c'est le cas de la figure 1 où une tige 22 solidaire de la terminaison 20 est introduite dans un évidement pratiqué au centre de la portion 18.

Ensuite, des nappes successives de fibres de carbone dans une colle appropriée telle qu'une résine ou un adhésif époxy, sont collées pour fixer définitivement la terminaison au rod. Une première nappe 24 est collée sur toute la surface extérieure de la portion 18 de plus petite section et sur la surface extérieure d'une partie de la terminaison 20. Une deuxième nappe 26 est collée sur la surface extérieure de la portion 16 et sur la première nappe 24. Une troisième nappe 28 est collée sur la surface extérieure de la portion 14 et sur la nappe 26. Enfin, une quatrième nappe 30 est collée sur la surface extérieure de la portion de plus grand diamètre 12 et sur la nappe 28. Bien que cet exemple de réalisation ne comporte que quatre portions, il pourrait y avoir un nombre de portions supérieur ou même inférieur.

A noter que les fibres de carbone sont toutes dans l'axe du rod et qu'elles peuvent être posées en nappes pré imprégnées, en nappes imprégnées manuellement ou en fils. Le compactage est ensuite réalisé au choix par ligature avec du fil de carbone, par enroulement d'un ruban, par mise sous

vide, autoclave, film thermo rétractable, presse ou moule extérieur.

Selon un second mode de réalisation illustré sur la figure 2, la portion 18 de plus petite section comporte une tige 32 qui est introduite dans un évidement d'un insert 34 solidaire de la terminaison 36. L' insert 34 a une forme extérieure qui est usinée de façon à former des étranglements tel que l'étranglement 38 destinés à renforcer le blocage mécanique de l'ensemble.

Ensuite, des nappes de fibres de carbone 40 sont collées de la même façon que dans le mode de réalisation précédent, c'est-à-dire que chaque nappe est collée sur la surface extérieure d'une portion et sur la nappe précédente, exceptée la première nappe qui est collée directement sur 1' insert. Grâce aux étranglements tels que l'étranglement 38, la nappe ligaturée permet un blocage mécanique qui renforce la fixation entre la terminaison 36 et le rod 10. A noter que la stratification peut être réalisée par des nappes dont les fibres de carbone sont dans l'axe du rod à 80% tandis que 20% des fibres éont à 90° ou à plus ou moins 45° par rapport à l'axe du jonc afin de forcer plus facilement les fibres de carbone dans les étranglements de 1' insert.

Comme il a été mentionné précédemment, le collage de la terminaison sur la surface externe du rod comme cela est réalisé dans la demande de brevet US 2004/0156672 provoque une accumulation des contraintes de cisaillement dans la couche extérieure du rod. Ceci est illustré par le diagramme de la figure 3 où le rod 10 ne comporte aucune diminution de section. Au cœur du rod, il n'y a pratiquement pas de contraintes alors que les contraintes sont de plus ne plus importantes lorsqu'on va du centre vers l'extérieur. Ainsi, la contrainte extérieure représentée par le vecteur 42

résultant de l'accumulation des contraintes exercées au moyen du collage extérieur est très importante.

Au contraire, grâce aux diminutions de section selon les principes de l'invention, il n'y a pas accumulation des contraintes. Comme l'illustre le diagramme de la figure 4 où le rod présente 5 diminutions de section successives, il y a répartition des efforts de traction par cisaillement. Les contraintes de cisaillement ne s'exercent que dans la partie de chaque portion se trouvant à l'extérieur de la section de la portion adjacente de section inférieure. Ainsi, les contraintes de cisaillement exercées sur la portion 44 sont représentées par les deux vecteurs 46 et il n'y a pas de contraintes de cisaillement au-delà vers le centre de la portion, les contraintes de cisaillement se transformant en contraintes de traction dans cette partie du rod. Les contraintes de cisaillement représentées par les vecteurs décroissants 48 dans la portion 50 de la plus petite section sont présentes dans toute la section de cette portion mais ne sont pas importantes du fait qu'il n'y a pas accumulation des contraintes exercées dans les portions précédentes.

A noter que les forces de cisaillement sont d'autant plus importantes que la section de la portion est grande comme illustré sur la figure 4 par les vecteurs représentatifs des forces. En effet, la force exercée est proportionnelle à la surface collée et donc, plus grande est la section, plus importante est la force exercée. Si on choisit un rapport constant entre la longueur de la portion et le diamètre de la portion, cela signifie que la surface collée égale au produit de la circonférence de la portion par sa longueur, est proportionnelle au carré du diamètre de la section de la portion dans le cas d'une section circulaire.

Selon un mode de réalisation alternatif illustré sur la figure 5, l'extrémité du jonc ne comporte pas de terminaison à proprement parler. A la place, la terminaison est formée par les nappes de fibres de carbone qui forment à l'extrémité une boucle en arc de cercle autour d'une bague (52) ou tout autre moyen équivalent Ainsi, sur la figure 5, les nappes 24, 26, 28 et 30 forment un arc de cercle autour d'une bague 52. L'espace intérieur entre la première nappe 24, la portion de plus petite section 18 et la bague 52, est rempli par un matériau de remplissage 54 qui peut être également formé de fibres de carbone dans une résine époxy. A noter que la bague n'est pas indispensable si, lors de la fabrication, les nappes sont collées autour d'un axe circulaire de même diamètre et qui est retiré ensuite.