FR2958697A1 - Assembly for rhombic parts to form modular structure fixed on e.g. frame in shipbuilding, has faces assembled using wings to obtain desired mechanical characteristics or shape for structure so as to ensure heat and acoustic insulations - Google Patents

Assembly for rhombic parts to form modular structure fixed on e.g. frame in shipbuilding, has faces assembled using wings to obtain desired mechanical characteristics or shape for structure so as to ensure heat and acoustic insulations Download PDF

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Abstract

The assembly has faces (1) assembled using wings (2) folded or fixed along edges (7) of a rhombic part to obtain desired mechanical characteristics for a modular structure or obtain a desired shape so as to seal fluids to allow buoyancy and ensure heat insulation and acoustic insulation. The sealing of the liquid at a level of the edges of the rhombic part is performed using a joint that comprises a star-shaped section inserted at a time between the wings and the faces. The star-shaped joint is used as a mechanical shock absorber.

Description

La présente invention concerne un assemblage de pièces permettant de créer des volumes basés sur des modules élémentaires ayant la forme de dodécaèdres rhombiques, soit des polyèdres à douze faces en forme de losange. Le volume visé par l'assemblage peut représenter une partie ou la totalité de structures utilisables pour des coques, des enceintes ouvertes ou fermées, des parois. L'assemblage permet d'obtenir des propriétés de résistance mécanique, d'étanchéité aux fluides liquides ou gazeux, d'isolation thermique, d'isolation acoustique et de flottabilité. Ces propriétés sont obtenues grâce à une structure spatiale régulière suivant douze directions principales définies par chaque dodécaèdre juxtaposé à un ou plusieurs dodécaèdres voisins. En fonction de la nature et des dimensions des matériaux utilisés, la densité moyenne obtenue peut être nettement inférieure à 1 et permettre ainsi de créer des structures flottantes. Actuellement, les structures porteuses du type coques ou panneaux constituant des parois sont généralement réalisées en tôles de diverses épaisseurs, assemblées ou soutenues par des poutres ou profilés de sections variées, avec des matériels très divers en ce qui concerne les formes et la nature des matériaux. Les types d'assemblages sont également très variés et nécessitent la plupart du temps des systèmes de fixation spécifiques utilisant les techniques du type boulonnage, vissage, rivetage, soudage, collage, etc. La diversité des matériaux, des formes et des techniques qu'il faut mettre en oeuvre rend délicat l'obtention simultanée de caractéristiques telles que la résistance mécanique, l'étanchéité aux fluides liquides ou gazeux, l'isolation thermique, l'isolation acoustique et la flottabilité. Les contraintes de toutes natures ont pour conséquences une complexité au niveau des études, de la réalisation, voire de la maintenance. Pour les types de constructions précités, l'assemblage des modules élémentaires selon l'invention permet de simplifier les études et la réalisation grâce à ce caractère modulaire, tout en offrant les caractéristiques souhaitées en ce qui concerne l'étanchéité, l'isolation thermique, le poids, la flottabilité, la résistance mécanique aux efforts de toutes natures y compris la résistance à la pression d'un fluide et la résistance aux chocs. De plus, les coûts peuvent être optimisés grâce à une fabrication en grande série des éléments constitutifs de chaque module élémentaire. Le caractère modulaire permet également de faciliter la maintenance préventive ou corrective au travers des contrôles et remplacements éventuels de joints, d'éléments rhombiques et autres pièces. En fonction de l'épaisseur totale de la paroi, un dommage crée sur la structure peut être limité à quelques modules sans mettre en péril les fonctions essentielles telles que la résistance mécanique ou l'étanchéité. Le caractère modulaire facilite également les éventuelles modifications dimensionnelles, par exemple les extensions des structures. Les fixations de structures conventionnelles ou de composants sont possibles sur la surface extérieure. Par structures conventionnelles, on comprend des charpentes, des planchers, des passerelles, des escaliers, ou autres ossatures permettant de supporter des charges ou transmettre des forces. The present invention relates to an assembly of parts for creating volumes based on elementary modules in the form of rhombic dodecahedra, or diamond-shaped twelve-sided polyhedra. The volume targeted by the assembly may represent some or all of structures usable for hulls, open or closed enclosures, walls. The assembly makes it possible to obtain properties of mechanical strength, of liquid or gaseous fluid sealing, of thermal insulation, acoustic insulation and buoyancy. These properties are obtained thanks to a regular spatial structure according to twelve main directions defined by each dodecahedron juxtaposed with one or more neighboring dodecahedra. Depending on the nature and dimensions of the materials used, the average density obtained can be significantly less than 1 and thus to create floating structures. Currently, the supporting structures of the shell or wall panel type are generally made of sheets of various thicknesses, assembled or supported by beams or sections of various sections, with very diverse materials as regards the shapes and nature of the materials. . The types of assemblies are also very varied and usually require specific fastening systems using the techniques of bolting, screwing, riveting, welding, gluing, etc. The diversity of materials, shapes and techniques that must be implemented makes it difficult to simultaneously obtain characteristics such as mechanical resistance, the sealing of liquid or gaseous fluids, thermal insulation, acoustic insulation and buoyancy. The constraints of all kinds result in a complexity in terms of studies, implementation, or even maintenance. For the aforementioned types of constructions, the assembly of the elementary modules according to the invention makes it possible to simplify the studies and the realization thanks to this modular character, while offering the desired characteristics as regards the sealing, the thermal insulation, the weight, the buoyancy, the mechanical resistance to the efforts of all natures including the resistance to the pressure of a fluid and the resistance to shocks. In addition, the costs can be optimized through mass production of the constituent elements of each elementary module. The modular nature also facilitates preventive or corrective maintenance through checks and possible replacement of joints, rhombic elements and other parts. Depending on the total thickness of the wall, a damage created on the structure can be limited to a few modules without jeopardizing the essential functions such as mechanical resistance or sealing. The modular character also facilitates any dimensional changes, for example extensions of structures. Fixings of conventional structures or components are possible on the outer surface. Conventional structures include frames, floors, walkways, stairs, or other structures to support loads or transmit forces.

En considérant la surface extérieure du dodécaèdre, les douze faces sont tangentes à une sphère fictive inscrite dans le dodécaèdre. Dans les cas les plus courants d'applications industrielles, le rayon de cette sphère inscrite sera compris entre 100 et 500 mm avec l'épaisseur de la tôle constituant chaque face comprise entre 1 et 5 mm dans le cas d'une structure en acier. L'épaisseur de la tôle doit être déterminée en fonction des caractéristiques recherchées, des matériaux utilisés et des techniques d'assemblage mises en oeuvre. La résistance aux sollicitations mécaniques dépend entre autres, de la forme des éléments rhombiques et de leur méthode de fabrication. Une face peut être en une ou plusieurs parties qui par assemblage donnent une forme rhombique avec le rapport de la grande diagonale sur la petite diagonale proche du nombre 1,4142 de manière à permettre l'assemblage des dodécaèdres. En théorie, le rapport des diagonales est égal à racine de 2. Quatre ailettes sont pliées ou rapportées suivant les arêtes du losange. Parmi les fonctions de ces ailettes, il y a l'augmentation des moments d'inertie en flexion et en torsion, la fixation des faces entre elles et la fixation des joints aux arêtes et aux sommets des dodécaèdres. Par rapport à un assemblage du type tôle contre tôle, l'insertion de joints plats élastiques entre les tôles facilite l'absorption de l'énergie créée par exemple par un choc, et permet d'améliorer l'isolation thermique et l'isolation acoustique. En ce qui concerne l'isolation acoustique, une partie de l'énergie acoustique est absorbée dans la structure grâce aux réflexions successives de l'onde acoustique sur les faces et les ailettes formant des dièdres à l'intérieur d'un dodécaèdre. On compte au minimum 48 dièdres à l'intérieur d'un dodécaèdre complet. L'isolation thermique et/ou acoustique peut être améliorée par des revêtements adaptés sur les faces internes des losanges et des ailettes. En même temps que l'assemblage des faces, des conduites pour fluides ou pour la protection de câbles électriques peuvent être montées. Cette possibilité est surtout intéressante lorsqu'il est nécessaire de traverser une paroi soit en totalité, soit partiellement. En fonction des dimensions des modules, leur volume intérieur peut servir à l'installation de nombreux équipements de puissance ou d'instrumentation sans qu'il soit nécessaire de modifier le principe d'assemblage des pièces constituant les modules qui reçoivent ces équipements. Les nombreuses ailettes offrent des possibilités variées pour une fixation efficace des équipements. Considering the outer surface of the dodecahedron, the twelve faces are tangent to a fictional sphere inscribed in the dodecahedron. In the most common cases of industrial applications, the radius of this inscribed sphere will be between 100 and 500 mm with the thickness of the sheet constituting each face of between 1 and 5 mm in the case of a steel structure. The thickness of the sheet must be determined according to the characteristics sought, the materials used and the assembly techniques used. Resistance to mechanical stress depends inter alia on the shape of the rhombic elements and their method of manufacture. A face may be in one or more parts which by assembly give a rhombic shape with the ratio of the large diagonal on the small diagonal close to the number 1.4142 so as to allow the assembly of the dodecahedrons. In theory, the ratio of the diagonals is equal to root of 2. Four fins are bent or reported along the edges of the diamond. Among the functions of these fins, there is the increase of moments of inertia in flexion and torsion, the fixing of the faces between them and the fixing of the joints to the edges and the tops of the dodecahedrons. With respect to a sheet-metal-to-sheet joint, the insertion of elastic flat seals between the sheets facilitates the absorption of the energy created for example by a shock, and makes it possible to improve the thermal insulation and the acoustic insulation. . As far as acoustic insulation is concerned, part of the acoustic energy is absorbed into the structure by successive reflections of the acoustic wave on the faces and fins forming dihedrons inside a dodecahedron. There are at least 48 dihedral within a complete dodecahedron. The thermal and / or acoustic insulation can be improved by suitable coatings on the internal faces of the diamonds and fins. At the same time as the assembly of the faces, fluid lines or for the protection of electric cables can be mounted. This possibility is especially interesting when it is necessary to cross a wall either completely or partially. Depending on the dimensions of the modules, their internal volume can be used to install many power equipment or instrumentation without the need to change the principle of assembly of parts constituting the modules that receive the equipment. The numerous fins offer a variety of possibilities for efficient attachment of equipment.

La surface extérieure finale du volume crée est réalisée avec des pièces de formes planes ou gauches fixées sur la structure délimitée par les dodécaèdres rhombiques complets avec douze faces assemblées ou partiels si cette surface extérieure nécessite moins de douze faces assemblées. The final outer surface of the created volume is made with pieces of flat or left shapes fixed on the structure delimited by the complete rhombic dodecahedra with twelve assembled or partial faces if this outer surface requires less than twelve assembled faces.

Les caractéristiques techniques de l'invention sont transposables à d'autres modules basés sur des paralléloèdres. Cette famille de polyèdres comprend les parallélépipèdes, les prismes hexagonaux, les octaèdres tronqués, les dodécaèdres rhombiques et les dodécaèdres rhombiques allongés. Ces paralléloèdres ont pour propriété de paver l'espace par translations sans trou entre les modules. Le dodécaèdre rhombique utilisé dans la description de l'invention a le principal avantage d'avoir des faces aux dimensions identiques tout en offrant une structure spatiale régulière suivant six axes principaux perpendiculaires aux faces alors qu'un parallélépipède présente seulement trois axes principaux. Ceci a des conséquences sur les possibilités mécaniques de la structure, telle la résistance aux sollicitations mécaniques. En effet, vu le nombre de faces, à construction identique, la décomposition des forces extérieures sur la structure se traduit par des sollicitations en moyenne plus faibles sur les faces des dodécaèdres par rapport aux sollicitations sur les faces des parallélépipèdes. The technical features of the invention are transposable to other modules based on parallelohedra. This family of polyhedra includes parallelepipeds, hexagonal prisms, truncated octahedra, rhombic dodecahedra and elongated rhombic dodecahedra. These parallelehedrons have the property of paving the space by translations without hole between the modules. The rhombic dodecahedron used in the description of the invention has the main advantage of having faces of identical dimensions while providing a regular spatial structure along six main axes perpendicular to the faces whereas a parallelepiped has only three main axes. This has consequences on the mechanical possibilities of the structure, such as resistance to mechanical stresses. Indeed, given the number of faces, identical construction, the decomposition of external forces on the structure is reflected in lower average solicitations on the faces of the dodecahedra compared to the stresses on the faces of the parallelepipeds.

Les dessins annexés illustrent l'invention. The accompanying drawings illustrate the invention.

La figure 1 représente en perspective un assemblage de pièces rhombiques pour former des dodécaèdres juxtaposés. La figure 2 représente en perspective 3 pièces rhombiques juxtaposées permettant de situer les coupes M et BB La figure 3 représente un joint de sommet et sa fixation vus suivant la coupe brisée AA de la figure 2 La figure 4 représente une coupe de dodécaèdres juxtaposés selon le plan de coupe BB de la figure 2. Pour simplifier le schéma, seuls les joints/amortisseurs sont hachurés. La figure 5 représente en perspective un joint/amortisseur en étoile Les faces (1) des modules en forme de dodécaèdres rhombiques sont constituées d'une tôle pliée suivant les arêtes (7) du losange de façon à créer quatre ailettes (2). L'assemblage des faces est réalisé en assemblant les ailettes par vissage, boulonnage ou rivetage aux points de fixation (3) dont le nombre dépend des dimensions des ailettes et de la technique d'assemblage choisie. Figure 1 shows in perspective an assembly of rhombic parts to form juxtaposed dodecahedra. FIG. 2 is a perspective view of three juxtaposed rhombic pieces making it possible to locate the sections M and BB; FIG. 3 represents a crown seal and its attachment seen along the broken section AA of FIG. 2 FIG. 4 represents a section of dodecahedrons juxtaposed according to FIG. section plane BB of Figure 2. To simplify the diagram, only the joints / dampers are hatched. FIG. 5 shows in perspective a star gasket / damper. The faces (1) of the modules in the form of rhombic dodecahedra consist of a sheet folded along the ridges (7) of the diamond so as to create four fins (2). The faces are assembled by assembling the vanes by screwing, bolting or riveting at the fixing points (3), the number of which depends on the dimensions of the vanes and the chosen joining technique.

Un joint/amortisseur plat type caoutchouc ayant également une certaine élasticité est au préalable inséré entre les ailettes. Le joint/amortisseur plat est une branche d'un joint dont la section est en forme d'étoile (11). Une autre branche qui sert également d'amortisseur est ainsi insérée entre deux faces accolées. Ce type de joint/amortisseur crée l'étanchéité aux fluides au niveau des arêtes. Pour une arête donnée, un joint/amortisseur en étoile à six branches (Il) est commun à trois dodécaèdres voisins. Le nombre de branches est fonction du nombre de dodécaèdres voisins pour une arête donnée. La figure 4 donne en coupe des exemples de joints/amortisseurs (9) avec moins de six branches. L'étanchéité au niveau des sommets (6) est réalisée à l'aide de joints (10) montés sur une armature. Ces joints sont maintenus en appui contre l'intérieur des faces (1) et contre les joints d'arête (11) à l'aide d'un système vis-écrou (13). L'écrou est inséré entre les ailettes qui convergent vers le sommet concerné du dodécaèdre. Ces ailettes servent d'appui aux écrous pour transmettre la force de serrage. L'assemblage de deux faces accolées de deux dodécaèdres voisins est réalisé aux points de fixation (8) par boulonnage, vissage ou rivetage. Le nombre de points de fixation dépend des dimensions des faces et de la technique d'assemblage choisie. A rubber-like flat gasket / shock absorber also having a certain elasticity is inserted beforehand between the fins. The flat gasket / damper is a branch of a gasket whose section is star-shaped (11). Another branch which also serves as a damper is thus inserted between two contiguous faces. This type of seal / damper creates fluid tightness at the edges. For a given edge, a six-pointed star gasket / damper (II) is common to three neighboring dodecahedra. The number of branches is a function of the number of neighboring dodecahedra for a given edge. Figure 4 shows in section examples of joints / dampers (9) with less than six branches. The sealing at the vertices (6) is achieved by means of seals (10) mounted on a frame. These seals are held in abutment against the inside of the faces (1) and against the edge joints (11) by means of a screw-nut system (13). The nut is inserted between the fins which converge towards the relevant vertex of the dodecahedron. These fins serve as support for the nuts to transmit the clamping force. The assembly of two contiguous faces of two neighboring dodecahedra is made at the fixing points (8) by bolting, screwing or riveting. The number of fixing points depends on the dimensions of the faces and the chosen joining technique.

La face servant de fermeture d'un module est en deux parties. II s'agit d'une face (4) évidée dans sa partie centrale pour pouvoir fixer ses ailettes et réaliser l'étanchéité de ses quatre sommets. L'évidement est ensuite fermé à l'aide d'une plaque de fermeture (5). La surface extérieure finale du volume crée est délimitée par les pièces de formes planes (12) ou gauches fixées sur la structure délimitée par les dodécaèdres rhombiques complets avec douze faces assemblées ou partiels si cette surface extérieure nécessite moins de douze faces assemblées. The closing side of a module is in two parts. It is a face (4) recessed in its central part to be able to fix its fins and seal the four peaks. The recess is then closed with a closure plate (5). The final outer surface of the volume created is delimited by the pieces of flat shapes (12) or left attached to the structure delimited by the complete rhombic dodecahedra with twelve assembled or partial faces if this outer surface requires less than twelve assembled faces.

Les pièces rhombiques assemblées selon l'invention sont particulièrement destinées à la construction de structures porteuses du type coques ou panneaux constituant des parois par exemple en construction navale ou aéronautique. Elles sont également destinées à la construction de cloisons ou d'enceintes pour l'isolation acoustique. The rhombic parts assembled according to the invention are particularly intended for the construction of supporting structures of the shell or panel type constituting walls for example in shipbuilding or aeronautics. They are also intended for the construction of partitions or enclosures for sound insulation.

Claims (8)

REVENDICATIONS1) Assemblage de pièces formant des dodécaèdres rhombiques juxtaposés, en matériaux divers issus de tôles ou plaques, caractérisé en ce que les faces (1) sont assemblées à l'aide d'ailettes pliées (2) ou rapportées le long des arêtes (7) afin de contribuer à l'obtention des caractéristiques mécaniques souhaitées pour la structure ou la forme visée, de favoriser l'étanchéité aux fluides et permettre la flottabilité, de favoriser l'isolation thermique et l'isolation acoustique. CLAIMS1) Assembly of parts forming rhombic dodecahedrons juxtaposed, various materials from sheets or plates, characterized in that the faces (1) are assembled using folded fins (2) or reported along the edges (7). ) in order to contribute to obtaining the desired mechanical characteristics for the structure or the intended shape, to promote fluid tightness and to allow buoyancy, to promote thermal insulation and acoustic insulation. 2) Assemblage selon la revendication précédente caractérisé en ce que l'étanchéité 10 au niveau des arêtes (7) est réalisée à l'aide d'un joint dont la section est en étoile (11) pouvant s'insérer à la fois entre les ailettes (2) et entre les faces (1). 2) Assembly according to the preceding claim characterized in that the seal 10 at the edges (7) is formed by means of a seal whose section is star (11) can be inserted both between the fins (2) and between the faces (1). 3) Assemblage selon l'ensemble des revendications précédentes caractérisé en ce que le joint en étoile (11) sert également d'amortisseur mécanique. 3) Assembly according to all of the preceding claims characterized in that the star seal (11) also serves as a mechanical damper. 4) Assemblage selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'étanchéité au 15 niveau des sommets (6) est réalisée à l'aide de joints (10) maintenus en appui contre l'intérieur des faces (1) et contre les joints/amortisseurs d'arêtes (11) à l'aide d'un système vis-écrou (13). 4) Assembly according to claim 1 characterized in that the seal at the level of the tops (6) is achieved by means of seals (10) held in abutment against the inside of the faces (1) and against the joints / edge dampers (11) by means of a screw-nut system (13). 5) Assemblage selon les revendications 1 et 4 caractérisé en ce que les ailettes qui convergent vers un sommet (6) servent de point d'appui au système vis-écrou (13). 20 5) Assembly according to claims 1 and 4 characterized in that the fins converging towards a vertex (6) serve as a point of support to the screw-nut system (13). 20 6) Assemblage selon l'ensemble des revendications précédentes caractérisé en ce que l'insertion de joints/amortisseurs (11) suivant les arêtes et de joint de sommet (10) favorise l'isolation thermique et l'isolation acoustique. 6) Assembly according to all of the preceding claims characterized in that the insertion of seals / dampers (11) along the edges and vertex seal (10) promotes thermal insulation and sound insulation. 7) Assemblage suivant la revendication 1 caractérisé en ce que les dièdres formés par les faces et les ailettes favorisent les réflexions des ondes acoustiques et permettent 25 l'absorption d'une partie de l'énergie acoustique dans la structure. 7) An assembly according to claim 1 characterized in that the dihedral formed by the faces and fins promote the reflections of acoustic waves and allow the absorption of a portion of the acoustic energy in the structure. 8) Assemblage selon la revendication 1 caractérisé en ce que des équipements divers du type instrumentation, organes de puissance, conduites, isolant thermique, isolant acoustique, etc, peuvent être intégrés à l'intérieur des modules et fixés aux ailettes sans qu'il soit nécessaire de modifier le principe d'assemblage des pièces constituant les 30 modules. 8) Assembly according to claim 1 characterized in that various equipment of the instrumentation type, power organs, ducts, thermal insulation, acoustic insulation, etc., can be integrated inside the modules and attached to the fins without it being necessary to modify the assembly principle of the parts constituting the modules.
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