Le dispositif suivant l'invention a pour objet l'absorption des quanti¬ tés élevées d'énergie cinétique qui sont libérées par la décélération des mobiles, en particulier dans le cas de chocs violents. Ce dispositif peut être utilisé pour l'absorption des chocs violents subis par tous types de véhicules, et s'applique plus particulièrement aux véhicules -transportant des passagers tels que les automobiles ou les wagons de chemin de fer.

Dans la demande de brevet français n° 77 27523, un dispositif pare-chocs à haute absorption pour véhicules est décrit. Dans ce dispositif, l'éner¬ gie d'impact développée ^" au moment d'un choc est transmise â une enceinte réceptrice par un fluide peu compressible du type de ceux utilisés pour actionner les freins hydrauliques des véhicules automobiles. L'énergie d'impact transmise par ce fluide hydraulique est absorbée par la défor- mation plastique de la paroi de cette enceinte réceptrice. Différents modes de mise en oeuvre de l'invention sont décrits dans la demande fran¬ çaise 77 27523.

Les figures ci-après permettront de mieux comprendre les caractéristiques du dispositif décrie et revendiqué dans la demande française 77 27523, et celles de celui qui fait L'objet de la présente demande.

La figure 1 est un sc éma d'un dispositif absorbeur de chocs décrit dans la demande française 77 27523.

La figure 2 est un schéma d'un mode de mise en oeuvre du dispositif de la figure 1.

La figure 3 décrit un premier mode de réalisation du dispositif suivant la présente invention.

Les figures 4 et 5 décrivent un deuxième mode de réalisation du disposi¬ tif suivant la présente invention.

La figure 6 est une variante du mode de réalisation décrit dans les

OMPI

- -

figures 4 et 5 .

Le schéma de la figure 1 , permet de comprendre comment est absorbée l'énergie cinétique par le fluide hydraulique. Dans ce schéma, une en¬ ceinte émettrice constituée par un cylindre (1) en acier est en commu- nication avec une enceinte réceptrice de forme sensiblement sphérique (4 en un acier inoxydable du type dit à austenite instable.

L'ensemble, constitué par ces deux enceintes et le tube de liaison (5), est rempli d'un fluide hydraulique tel qu'une huile et est fixé à un support (6) disposé à l'avant d'un véhicule et solidaire du châssis de celui-ci.

En cas de choc frontal, s'exerçant sur la face (2) du cylindre (1), ce- lui-ci est écrasé en accordéon. Le liquide qu'il contenait est au moins en partie refoulé dans l'enceinte réceptrice (4) dont le volume s'accroî par déformation plastique.

Comme cela est décrit de façon détaillée dans la demande FR 77 27523, le dimensions du cylindre (1) et de la sphère (4) sont calculées de façon que l'énergie de déformation de l'enceinte (4) soit sensiblement égale a l'énergie cinétique qu'il s'agit d'absorber.

L'énergie a absorber au cours de l'impact d'un véhicule sur un obstacle fixe est fonction de la masse de ce véhicule et de sa vitesse. La lon- gueur du cylindre (1) et les autres dimensions du dispositif absorbeur peuvent être déterminées afin que la décélération du véhicule reste en-deçà de la limite acceptable par un organisme humain.

On utilise, de préférence, pour la réalisation de l'enceinte réceptrice (4) des aciers austénitiques à austenite instable tels que les aciers du type Z10CN 17-08 (norme AFNOR) en raison de leur grande écrouïssabili té et de leur aptitude à supporter des déformations très importantes à très grande vitesse.

La figure 2, reproduite également d'après la demande FR 77 27523, repré¬ sente un mode de réalisation d'un dispositif pare-chocs monté sur un véh cule automobile d'une masse totale de 1000 kg.

O

Sur cette figure, on a représenté le mode de montage du dispositif pare- - chocs à l'avant d'un véhicule dont ne sont représentées que les extrémi¬ tés de deux longerons (7) et (8), de grande rigidité, solidarisés entre eux par des traverses (9) et (10), et aussi de façon non décrite avec la structure résistante du véhicule.

Dans le prolongement de ces deux longerons sont montées deux viroles cylindriques (11) et (12) à axe horizontal en acier ZlOCN 17-08 de 160 mm de diamètre, 300 mm de long et 1,5 mm d'épaisseur. Des frettes annulaires (13) en fil d'aciers inoxydable ZlOCN 18-09 de 3 mm de diamètre ceintu¬ rent chaque virole tous les 50 mm environ. Ces viroles sont soudées par leur extrémité arrière à deux disques en acier de même nuance (14) et (15) de 200 mm de diamètre et 3 mm d'épaisseur, eux-mêmes soudés à l'ex- _ trémité des longerons. Deux tubes (16) et (17) à haute résistance à la pression, raccordés chacun par une extrémité à l'un des disques (14) et (15) et par l'autre à l'une des sphères (18) et (19) mettent en relation le volume intérieur de chaque cylindre avec celui d'une sphère.

Chaque sphère, également en acier ZlOCN 17-08 mesure 120 mm de rayon et 1 mm d'épaisseur.

Les viroles (11) et (12) sont fermées à l'avant par les disques (20) et

(21) soudés, leurs dimensions sont les mêmes que celles des disques (14) et (15).

Une structure de pare—chocs classique constituée d'un profilé en acier

(22) est fixée au moyen d'attaches (23) et (24) aux disques (20) et (21). Chaque ensemble constitue par un cylindre, une sphère et le tube qui les joint, est rempli par un fluide hydraulique ayant de préférence une faible viscosité, stable à la chaleur, et peu compressible.

Les essais ont montré qu'un tel dispositif était capable d'absorber l'énergie cinétique libérée par le choc frontal d'un véhicule de 1000 ^" kg lancé à 40 km/h contre un mur fixe. Au cours d'un tel choc, la pression dans le système hydraulique passe par un maximum d'environ 100 bars, l'énergie absorbée par la déformation plastique de chaque sphère est d'environ 30800 Joules, soit 61600 Joules pour l'ensemble des deux sphè¬ res. Enfin, la décélération est d'environ 30 g.

De nombreux autres modes de mise en oeuvre de l'invention décrite dans la demande FR 77 27523 sont susceptibles d'être réalisés et peuvent trouver un nombre considérable d'applications dans tous les domaines où on se propose d'absorber dans des temps courts des quantités élevées d'énergie cinétique, tout en limitant la décélération à des valeurs acceptables en particulier par un organisme humain.

Dans le but d'accroître encore le champ d'application du procédé qui vient d'être décrit, on a recherché la possibilité d'absorber l'énergie cinétique par déformation plastique d'une paroi métallique, sans faire appel à un fluide hydraulique transmetteur d'énergie.

Le procédé et le dispositif qui font l'objet de la présente invention consistent, de la ^* façon la plus générale, à absorber l'énergie cinétique d'un mobile en déformant plastiquεment une pièce métallique femelle réceptrice à parois relativement minces par introduction à l'intérieur de cette pièce d'un pénétrateur maie sensiblement indéformable. Les dimensions et les profils de la pièce réceptrice et du pénétrateur sont déterminées de façon à réaliser une absorption progressive de l'énergie cinétique-afin de limiter la décélération maximale du mobile à une valeur acceptable.

Dans bien ces cas, ce sera le pénétrateur qui recevra de façon directe ou indirecte les chocs qu'on se propose d'absorber tandis que la pièce réceptrice sera liée au mobile ; mais, la disposition inverse est tout aussi bien réalisable.

Les exemples schématiques non limitatifs ci-après permettent de mieux comprendre l'invention. ' ^*

Exemple 1

La figure 3 représente un dispositif suivant l'invention qui comporte un pénétrateur (25) et une pièce réceptrice femelle. Ces pièces sont de révolution autour d'un même axe. La pièce femelle comporte deux parties tronconiques (26) et (27) . La partie" (26) qui correspond à la zone d'entrée du pénétrateur a un angle au sommet plus ouvert que la partie (27) et est raccordée par sa grande base à un élément de structure (28) qui est lié de façon non décrite à l'ossature mobile, non décrits égale-

ment, dont on se propose d'absorber l'énergie cinétique. La partie {27) est celle qui effectuera la plus grande partie du travail de déformation plastique, au fur et à mesure que le pénétrateur (25) se déplacera le long de l'axe dans le sens de la flèche F.

Le pénétrateur (25) comporte une zone tronconique (29) dont le petit diamètre Dl est sensiblement égal au diamètre intérieur de la pièce fe¬ melle au niveau du raccordement entre les parties (26) et (27) . Le tronc de cône (29) , dont la hauteur est égale a celle de la partie (27) , a un angle au sommet de préférence supérieur à celui de la partie (27). Cet angle est avantageusement calculé pour que, à la pé étration complète du tronc de cône (29) dans la partie (27), c'est-à-dire pour une pénétration sensiblement égale à la hauteur commune des deux troncs de cône, toutes les sections de la partie (27) subissent le même allongement plastique. En effet, ce pénétrateur est orienté de façon telle par rapport au dépla¬ cement du mobile, que les chocs susceptibles de se produire soient reçus ^' , de façon directe ou indirecte par l'extrémité non représentée du pénétra¬ teur et entraînent un déplacement relatif du pénétrateur par rapport à la pièce femelle suivant l'axe du dispositif. Des moyens de guidage non représentés peuvent du reste être utilisés pour parvenir à ce résultat. On comprend aisément que, au fur et à mesure de l'enfoncement du péné¬ trateur à 1'intérieur ^* de la partie (27) de la pièce femelle, il se pro¬ duit une déformation plastique de cette partie dont le taux dépend de l'angle au sommet des troncs de cône (27) et (29), et de la longueur du parcours du pénétrateur mesurée parallèlement à l'axe. On détermine de -préférence les hauteurs des troncs de cône (27) et (29) et leurs angles au sommet, de manière à obtenir, en fin de course, un taux de déformation plastique de la pièce femelle aussi grand que possible sans atteindre la rupture de celle-ci. En effet, la quantité d'énergie cinétique suscepti- ble d'être absorbée par la pièce femelle est d'autant plus grande que celle-ci est capable de subir des déformations plastiques très importan¬ tes tout en présentant une résistance à la déformation aussi grande que possible. De nombreux métaux et alliages peuvent être utilisés dans ce but. Mais, ainsi que cela a déjà été montré dans la demande FR 77 27523, les aciers austénitiques à austenite instable tels que l'acier ZlOCN

17-08 conviennent particulièrement pour une telle utilisation car, au fur et à mesure de leur déformation plastique, la formation de martensite

d'écrσuissage accroît très largement leurs caractéristiques mécaniques.

Dans la pratique, quand on utilise de telles nuances d'acier, on peut prévoir des taux de déformation plastique de l'ordre de 30 à 40 % ou même davantage. Le pénétrateur est, de préférence, réalisé en un métal ou alliage de dureté suffisante pour ne pas subir de déformation notable au cours de son introduction à l'intérieur de la pièce femelle. Le dia¬ mètre d'entrée de la partie (27) et l'angle au sommet de ce tronc de cône permettent de définir la course qui devra être effectuée par le pénétrateur à l'intérieur de la pièce femelle pour obtenir le taux de déformation plastique envisagé. C'est cette course qui définira les con¬ ditions de décélération du mobile en fonction de sa masse et de sa vi¬ tesse par rapport à l'obstacle supposé fixe qui entre en contact avec le pénétrateur. Ces différentes caractéristiques doivent donc être détermi¬ nées de façon bien connue de l'homme de l'art en fonction de la masse du mobile et des vitesses d'impact vis-à-vis desquelles on se propose de protéger les passagers du véhicule. Les essais ont montré que l'éner¬ gie cinétique absorbée par un tel dispositif est nettement plus grande q celle qui correspond à la seule déformation plastique. En effet, une part relativement importante de l'énergie cinétique est absorbée aussi par les frottements entre pénétrateur et pièce femelle. Il est possible de limiter ces frottements par une lubrification convenable ou par des traitements de surface appropriés.

Des essais ont été effectués au moyen d'un dispositif comparable à celui de la figure 3, dans lequel la partie (27) de .la pièce femelle était un tronc de cône creux ce 100 mm de haut dont le grand diamètre Dl était de 70 mm et le petit diamètre intérieur de 50 mm. Ce tronc de cône était réalisé en un acier à austenite instable de type ZlOCN 17-08 (norme AEz . NOR) . Son épaisseur de paroi était de 1 mm. Il était raccordé à une partie (26) plus évasée réalisée dans le même aciers, elle-même fixée à une plaque rigide et fixe de forte épaisseur telle que (28) . Un poinçon,. dont la partie tronconique (29) avait un petit diamètre Dl de 70 mm et un grand diamètre de 98 mm pour une hauteur de 100 mm, a été introduit à force dans la pièce femelle au moyen d'une presse jusqu'à pénétration complète de la partie (29) à l'intérieur de la partie (27) et on a mesu¬ ré le travail effectué. On a constaté que ce travail était d'environ 10000 Joules. La partie (27) avait subi une déformation plastique

OM

d'environ 40 %. Le calcul montre que l'énergie ainsi absorbée est sen¬ siblement égale à celle acquise par une masse de 290 kg tombant d'une hauteur de 2,5 m. Un tel dispositif peut, sans difficulté, ^' tre extrapo¬ lé en vue d'absorber une énergie cinétique 10 fois plus grande. Or, une énergie cinétique de 100 000 Joules est, par exemple, celle accumulée .-- par un mobile de 1 t, animé d'une vitesse de 50 km/h.

Il convient de remarquer qu'il n'est pas nécessaire de donner au péné¬ trateur et à la pièce femelle des formes de révolution ; il n'est pas nécessaire, non plus, de leur donner la forme d'un tronc de cône. Il suffit,en fait, que le pénétrateur ait une forme et des dimensions telles que, en pénétrant dans la pièce femelle, i il permette une déformation plastique de celle-ci suffisamment importante pour absorber l'énergie cinétique dont il est animé.

Les forme coniques telles que décrites dans ^' l'exemple 1, ont pour incon¬ vénient que, pour des grandes énergies de choc et des décélérations acceptables de l'ordre de 30 g par exemple, l'angle au. sommet du cône mâle doit être très faible (environ 3°). Il en résulte que l'énergie absorbée en déformation devient relativement faible par rapport à ^•' l'énergie absorbée e frottements, qui est moins bien contrôlable que la première.

L ^τ exemρle 2 ci-après, décrit un autre dispositif suivant l'invention au moyen duquel l'absorpcion d'énergie est sensiblement proportionnelle à la course. L'énergie consommée en déformation est grande par rapport à celle consommée en frottements. Un mobile équipé d'un tel dispositif qui rencontrerait un obstacle fixe subirait une décélération sensiblement constante.

Exemple 2

On voit figures 4 et 5 un dispositif à absorption d'énergie proportionnel¬ le à la course. Ce dispositif comporte un pénétrateur dont l'extrémité

(31) a une forme conique ou, éventuellement, ogivale comme celle des olives utilisées pour le travail intérieur des tubes dans les opérations d'étirage ou de calibrage. La pièce femelle comporte une zone d'entrée

(32) sensiblement conique qui est fixée de façon connue à un élément de structure (33) du mobile. Au-delà de la zone d'entrée (32), la pièce

OMPI W WIIFFOO '

femelle est un tube cylindrique (34) dont les caractéristiques de diamè¬ tre et d'épaisseur sont déterminées en fonction des taux de déformation plastique voulus et de la quantité d'énergie à absorber par unité de dé¬ placement du pénétrateur. La tige (30) du pénétrateur est disposée de façon telle, que son extrémité non représentée puisse recevoir de façon directe ou indirecte la poussée exercée par un obstacle rencontré par le mobile, et utiliser cette poussée pour évaser le tube (34) au moyen de la partie (31). Dans la figure 4, on voit le pénétrateur dans une position initiale, la partie (31) étant en contact avec les parois coniques de la zone d'entrée de la pièce femelle, tandis que, dans la figure 5, la parti (31) est engagée dans la pièce femelle qu'elle a déjà déformée plastique- ment sur une certaine longueur sous l'action de la force de poussée F.

Dans le cas de ce dispositif, comme dans celui de l'exemple 1, il y a intérêt à réaliser la pièce femelle (34) en acier inoxydable austénitique à austenite instable. Ceci permet d'absorber par déformation plastique un maximum d'énergie en mettant en oeuvre un minimum de matière.

L'utilisation d'une pièce femelle cylindrique a le. grand intérêt de per- mettre la réalisation de courses aussi longues qu'on le désire. Il peut être intéressant, âarzzs certains cas, d'agir sur le pénétrateur non pas en le poussant, mais en le tirant. La figure 6 montre un tel dispositif, dan lequel l ^r axtré___té (35) du pénétrateur est tirée par une tige (36) à l'in térieur de la pièce emelle (37) .

De très nombreux autre modes de réalisation du dispositif selon l'inven¬ tion sont possibles.

Le dispositif selon l'invention convient en particulier pour l'absorption des chocs violents ce mobiles de tous types contre des obstacles fixes ou non ou contre d'autres mobiles, à des vitesses pouvant atteindre 50 à 70 km/h et même davantage. Ce dispositif convient plus particulièrement pour l'absorption des chocs de forte énergie.