La présenté invention est relative 3 des ~lements filiformes, appelés fibres, pouvant servir pour le renforcement de matériaux moulables 3 liant du type hydraulique ou non.
s En ce qui concerne le renforcement des matériaux moulables 3 liant hydraulique, la technique du renforcement du belon par fibres métalliques, éléments filiformes de courte longueur en acier par exemple, est actuellement d'utilisation courante; les propriétés du belon renforce par ces fibres sont désormais bien connues et plusieurs types de fibres de provenances différentes destinées à des applications bien spécifiques sont actuellement disponibles.
Ces différent types de fibres sont caracteri-saules par leur effet de renforcement sur le matériau composite , effet provoque par leurs caracteris~iques géométriques et mécaniques.
De manière 3 pouvoir objectivement comparer plusieurs types différents de fibres, il est utile de rappeler le comportement et le processus de renforcement d'un matériau composite 3 matrice fragile, renforce par des fibres en matériau ductile. The present invention relates to 3 of ~ lements filiform, called fibers, which can be used for reinforcement of moldable materials 3 binding hydraulic type or not.
s Regarding the reinforcement of materials moldable 3 hydraulic binder, the technique of reinforcement of belon by metallic fibers, short, wire-like elements of steel for example is currently in use current; the properties of belon reinforced by these fibers are now well known and several types of provenance fibers different for good applications specific are currently available.
These different types of fibers are characteristic willows by their strengthening effect on the composite material, effect caused by their ~ geometrical and mechanical characteristics.
In order to objectively compare 3 several different types of fibers it is worth remembering behavior and process reinforcement of a composite material 3 matrix fragile, reinforced with material fibers ductile.
- 2 -Ce comportement dépend de le du renfort fibreux dans la matrice au voisinage d'une fissure apparue suite a la ~ragilite de la matrice , la fissure ayant ôte provoquée par un dépassement de la contrainte de traction de rupture dû des variations dimensionnelles (thermiques, hygrométriques) ou des sollicitations de flexion ou traction.
dolmen le renforcement par fibres apporte un accroissement d'~energie de rupture du matériau composite par rapport au matériau- matrice fragile.
Lac croisement d'energie nécessaire à la rupture correspond l'énergie nécessaire a llallongement et à la rupture du renfort fibreux.
Cette explication de 1' intervention du renfort fibreux fait bien comprendre la nécessité de réaliser une solidarisassions parfaite entre les fibres ductiles et la matrice fragile.
Par application de ces principes, il est facile de caractériser les différents types de fibres disponibles actuellement :
- Les fibres longues et droites représentées en figure 1.
Seules les tensions d'adhérence régnant le long de l'interEace fibre - matrice peuvent provoquer un ancrage de la fibre dans la matrice.
i , y On montée que pour pouvoir solliciter la fibre en traction jusque atteindre une tension de traction voisine de la rupture de celle-ci, il faudrait que son diamètre soit au moins 200 fois plus petit que sa longueur; pour des raisons pratiques de mise en oeuvre, il est exclu d'utiliser des fibres qui auraient une telle caractéristique géométrique.
Les fibres longues munies de crochets en leurs extrémités.
Trois types différents sont représentés en figure 2. La présence de crochets aux extrémités permet lys de réaliser un accrochage de la fibre à la matrice.
Le comportement de la fibre dépend de la tenue des crochets dans la matrice.
On constate expérimentalement que quelle que soit la géométrie des crochets (nombre de courbures opposées , rayon de courbure), l'energie nécessaire à les déplier est toujours plus faible que l'energie de rupture par fraction de la fibre; il s'en suit que souvent les fibres munies de crochets ne sont pas aimaient dans un état voisin de la rupture dans une fissure de la matrice mais sont déchaussées par dépliage des crochets.
Comme conclusion, on admet que les crochets aux extrémités, s'ils améliorent considérablement la tenue du matériau composite , ne sont pas sui f usants pour obtenir le comportement idéal.
Les fibres munies d'ondulations sinusoïdales reparties sur toutes leur longueur.
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Dans ce cas, l'energie de dépliage est 3 nouveau - bien inférieure à l'énergie de rupture par traction de la fibre ; le nombre d'ondulations le long d'une fibre ne compense pas le trop grand S rayon de courbure de chaque ondulation.
. Ces fibres sont représentées en figure 3.
Les fibres lisses droites comprenant dans leur longueur des parties aplaties pouvant également être localisées en leurs extrémités.
Ces fibres sont représentées sur la figure 4.
Dans ce cas, l'accrochage réalise sans les pliages induisant des pertes de raideur, est limite dans ses performances parce qu'il est trop agressif pour la matrice.
En effet, comme il est constate expérimentalement lorsque la fibre est soumise 3 un effort de traction, la matrice peut être cisaillée par les parties aplaties il en résulte le déchausse ment néfaste.
Les fibres rugueuses droites ou non.
Ces fibres sont représentées sur la figure 5.
Dans ce cas, la rugosité itou les courbures sont insuffisantes pour réaliser un accrochage.
~22S2S~
La comparaison raisonnée des différentes fibre dispos nobles actuellement aide à bien comprendre le problème posé:
- Concevoir une fibre s'accrochanc parfaitement à la matrice c'est-à-dire ne se déchaussant jamais ni du fric de la fibre elle-même, ni du fait d'une rupture de la matrice au voisinage du moyen d'ancrage.
Avec un tel type de fibre, l'energie de rupture du matériau composite serait celle de la matrice fragile, augmentée de celle vu renfort fibreux.
La présente invention vise à réaliser une fibre destinée à renforcer un matériau-inatrice, le Delon par exemple, en ne se déchaussant jasais hors de celui-ci, ni du fait de la fibre elle-même, ni du fait de la matrice par rupture de celle-ci au voisinage de l'ancrage A cet effet la fibre de renfoncement comprend un corps filiforme rectiligne ayant un axe longitudinal et, à
chaque extrémité de celui-ci, une tète dont au moins la partie en contact avec le corps filiforme a la forme d'un solive de révolution défini par une courbe génératrice telle que la tangente en tout point de cette génératrice forme, avec l'axe longitudinal précisé, un angle d'une valeur comprise entre 0~ et ~0~, l'in~ersection de la tangente avec l'axe se trouvant toujours dans le volume même de la partie en contact avec le corps filiforme.
Carme exemple, l'acier, pour des qualités mécaniques de plus en plus faibles exige des angles de tête de plus en plus élevés et pour vos qualités mécaniques de plus en plus élevées exige des angles de tête de plus en plus faibles.
y - 6 - ~225~5~
Les éléments filiformes appelés "fibres" décrits ci-avant peuvent se fabriquer par l'utilisation de plusieurs procédés.
En effet, suivant un procédé, un élément filiforme de longueur indéfinie de diamètre égal à la plus grande dimension transversale de tête subit, par passage entre un couple de cylindres de laminage rainurés, dont les rainures sont pourvues d'encoches espacées les unes des autres, une réduction de diamètre sur toute sa longueur sauf que des têtes se forment aux emplacements des enco-chus taillées le long des rainures des cylindres de laminage.
L'étape suivante de ce procède consiste à couper revu-librement l'élement filiforme continu laminé de meneur a produire des fifres de longueur précise munies a chaque extrémité d'une tête.
Un autre procède de préférence se réalisé par frappe d'un marteau sur chaque extrémité d'un élément filin forme, sans tête, ayant un diamètre égal a celui du corps de la fibre, chaque extrémité étant maintenue lors de la frappe par une matrice de manière a obtenir une tête de forme souhaitée.
Un troisième procède se réalisé par formation d'une goutte aux extrémités du corps filiforme a une tempe-rature voisine du point de fusion de la matière Conti-tuante. pres ce fromage, il peut succéder une trempe pour améliorer les qualités mécaniques de la fifre.
L'invention est maintenant décrite de manière plus détaillée en faisant référence aux dessins ci-annexés dans lesquels:
a _ 7 _ ~2~2~
- les figures FA et 6B représentent schématiquement un appareil suivant l'invention;
- la figure 7 représente le détail X de la figure FA;
- la figure 8 représente en vue frontale le couple de cylindres de la figure FA;
- la figure 9 représente en coupe le détail Y de la figure 6B;
- la figure 10 représente en perspective quelques axent-pies d'éléments obtenus à l'issue des procédés utile-su .
Hans ces différentes figures, les mêmes notations de références désignent les mêmes éléments.
Comme illustré en figure FA, le fil bobiné désigné gène-rarement par la notation de référencé 1 est tire vers un appareil de laminage 2 constitue d'un couple de cylindres de laminage à cannelures pourvues régulièrement sur leur longueur d'encoches matrices des têtes de fibre dont les figures 7 et 8 donnent un exemple de manière a réduit ne le diamètre du fil comme matériau de base jusqu'au diamètre du corps filiforme de la fibre excepté a l'en-droit des têtes de ces fibres.
Cet appareil de laminage 2 fournit un fil 3 de diamètre inférieur au diamètre initial et muni a espacement régi-lier d'enflures 7. Le dispositif 4 de cisaillage sec-lionne le fil ainsi obtenu a mi-volume de chaque enflure pour créer les fibres 5 munies de leurs têtes 8.
Comme illustré en figure 6B, selon une forme de réagi-station préférée, le fil bobiné désigné généralement par la notation de référence 1 est tiré vers un appareil de cisailla produisant des éléments filiformes 6 droits de courte longueur constante devant être saisis indivis duellement, pincés a leurs extrémités entre deux J
- 8 - ~22525~
matrices comme en figure 9, engendrant avec l'aide des Malraux de frappe les têtes désistes dans leur forme exacte.
Comme représenté sur la figure 10, la fibre comporte un corps filiforme 6 et à chaque extrémité de celui-ci une tête 8 de plus grand dialnètre. Au moins la partie intérieure de la tête, c'est-à-dire la partie de celle-ci en contact avec le cours filiforme 6, a la forme d'un solide de révolu'cion défini par une courbe génératrice.
La tangente en loua point de cette courbe génératrice forme avec l'axe longitudinal du corps filiforme 6 un D angle ci dont la valeur est comprise entre et 60~.
L'interseccion de côte tangente avec l'axe longitudinal du corps filiforme se trouve toujours dans le volume môme de la partie intérieure de la tête.
La figure là indique quelques valeurs possibles de ci en fonction du point de contact de la tangente avec la courbe génératrice.
Il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée aux détails décrits.plus haut. elle peut subir de nombreuses modifications qui n'en changent pas la portée.
y - 2 -This behavior depends on the reinforcement fibrous in the matrix in the vicinity of a crack appeared following the ~ ragility of the matrix, the crack having removed caused by a exceeding the tensile stress of rupture due to dimensional variations (thermal, hygrometric) or bending or tensile stresses.
dolmen fiber reinforcement provides increased ~ fracture energy of the material composite versus material- matrix brittle.
Lake crossing of energy necessary for rupture corresponds to the energy required for the extension and rupture of the fibrous reinforcement.
This explanation of the reinforcement intervention fibrous makes clear the need for achieve perfect solidarity between ductile fibers and the fragile matrix.
By applying these principles, it is easy to characterize the different types of fibers currently available:
- The long and straight fibers shown in figure 1.
Only the grip tensions prevailing along fiber - matrix interEace cause the fiber to anchor in the matrix.
i , y We climb only to be able to solicit the fiber in traction until reaching a tension of traction close to the rupture of it, it its diameter should be at least 200 times shorter than its length; for reasons implementation practices it is excluded to use fibers that would have such geometric characteristic.
Long fibers with hooks in their extremities.
Three different types are shown in the figure 2. The presence of hooks at the ends allows lily to attach the fiber to the matrix.
The behavior of the fiber depends on the behavior square brackets in the matrix.
We find experimentally that whatever the geometry of the hooks (number of bends opposite, radius of curvature), energy necessary to unfold them is always lower that the breaking energy by fraction of the fiber; it often follows that the fibers provided hooks are not liked in a state neighbor of the rupture in a crack of the matrix but are removed by unfolding the hooks.
As a conclusion, we accept that the square brackets extremities, if they significantly improve the strength of the composite material, are not enough to get the ideal behavior.
Fibers with sinusoidal undulations distributed over their entire length.
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In this case, the unfolding energy is 3 new - well below the breaking energy by fiber traction; the number of ripples the along a fiber does not compensate for the too large S radius of curvature of each corrugation.
. These fibers are shown in Figure 3.
Straight smooth fibers comprising in their length of the flattened parts which can also be located at their ends.
These fibers are shown in Figure 4.
In this case, the attachment takes place without the bends inducing stiffness losses, is limit in its performance because it is too aggressive for the matrix.
Indeed, as it is observed experimentally when the fiber is subjected to an effort of tensile, the matrix can be sheared by flattened parts this results in heaving harmful.
Rough fibers, straight or not.
These fibers are shown in Figure 5.
In this case, the roughness or the curvatures are insufficient to achieve a hang.
~ 22S2S ~
The reasoned comparison of the different fibers available nobles currently helps to understand the problem well asked:
- Designing a fiber clings perfectly to the matrix that is to say never taking off or the money itself, or because of a break in the matrix in the vicinity of the anchoring means.
With such a type of fiber, the breaking energy of the composite material would be that of the fragile matrix, increased by that seen fibrous reinforcement.
The present invention aims to produce a fiber intended to reinforce a material-inatrice, Delon by example, by never taking my shoes off of it, neither because of the fiber itself, nor because of the matrix by breaking of it in the vicinity of anchoring For this purpose the indentation fiber comprises a body straight filiform having a longitudinal axis and, at each end of it, a head of which at least the part in contact with the filiform body has the form of a joist of revolution defined by a curve generator such as the tangent at any point of this generator forms, with the longitudinal axis specified, an angle of a value between 0 ~ and ~ 0 ~, the in ~ ersection of the tangent with the axis is always found in the very volume of the part in contact with the filiform body.
Like example, steel, for mechanical qualities of increasingly weaker requires more head angles in higher and for your more mechanical qualities in higher requires more and more head angles weaker.
y - 6 - ~ 225 ~ 5 ~
The filiform elements called "fibers" described above before can be manufactured by the use of several processes.
Indeed, according to a process, a threadlike element of indefinite length of diameter equal to the largest transverse dimension of sudden head, by passage between a couple of grooved rolling cylinders, the grooves are provided with notches spaced from each other others, a reduction in diameter over its entire length except that heads form at the locations of the enco-chus cut along the grooves of the cylinders rolling.
The next step in this process is to cut freely the continuous laminated leader element to produce fifes of precise length provided with each end of a head.
Another preferably proceeds by striking a hammer on each end of a rope element headless shape with a diameter equal to that of fiber body, each end being held in place of striking by a matrix so as to obtain a desired shape head.
A third process is carried out by forming a drop at the ends of the filiform body at a temple erosion close to the melting point of the material Conti-killing. near this cheese, it can succeed a tempering to improve the mechanical qualities of the fife.
The invention is now described in more detail.
detailed with reference to the attached drawings wherein:
at _ 7 _ ~ 2 ~ 2 ~
- Figures FA and 6B schematically represent a apparatus according to the invention;
- Figure 7 shows the detail X of Figure FA;
- Figure 8 shows in front view the couple of cylinders of figure FA;
- Figure 9 shows in section the detail Y of the Figure 6B;
- Figure 10 shows in perspective some axes-magpies of elements obtained at the end of useful processes-su.
In these different figures, the same reference notations designate the same elements.
As illustrated in Figure FA, the coiled wire designated gene-rarely by the referenced notation 1 is pulled towards a rolling machine 2 consists of a couple of cylinders rolling mills regularly provided on their length of matrix notches of the fiber heads of which Figures 7 and 8 give an example in a reduced do the wire diameter as a base material up to diameter of the filiform body of the fiber except for the right of the heads of these fibers.
This rolling apparatus 2 provides a wire 3 of diameter less than the initial diameter and provided with regular spacing bind swelling 7. The dry shearing device 4 lioness the thread thus obtained at mid-volume of each swelling to create the fibers 5 provided with their heads 8.
As illustrated in FIG. 6B, according to a form of reaction preferred station, the wound wire generally designated by reference notation 1 is pulled to a camera sheared producing straight 6 threadlike elements of constant short length to be entered undivided dual, pinched at their ends between two J
- 8 - ~ 22525 ~
matrices as in Figure 9, generating with the help of Malraux strikes the desist heads in their shape exact.
As shown in Figure 10, the fiber has a filiform body 6 and at each end thereof head 8 of larger dialneter. At least the part inside of the head, that is, the part of it in contact with the threadlike course 6, in the form of a solid of revolution defined by a generating curve.
The tangent in point of this generating curve forms with the longitudinal axis of the filiform body 6 a D angle ci whose value is between and 60 ~.
The intersection of tangent coast with the longitudinal axis of the filiform body is always in the same volume from the inner part of the head.
The figure there indicates some possible values of ci in function of the point of contact of the tangent with the generating curve.
It is understood that the invention is not limited to details described above. she can suffer many modifications which do not change the scope.
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