WO2022069496A1 - Virole auto-amortie - Google Patents

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WO2022069496A1
WO2022069496A1 PCT/EP2021/076708 EP2021076708W WO2022069496A1 WO 2022069496 A1 WO2022069496 A1 WO 2022069496A1 EP 2021076708 W EP2021076708 W EP 2021076708W WO 2022069496 A1 WO2022069496 A1 WO 2022069496A1
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WO
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ferrule
wall
main axis
cavity
shell
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PCT/EP2021/076708
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Inventor
Dimitri JALOCHA
Original Assignee
Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
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    • F16F2228/007—Material properties, e.g. moduli of solids, e.g. hardness

Definitions

  • the present invention relates to a ferrule. It finds a particularly advantageous application: shells intended to be integrated within structures subjected to vibratory stresses and more generally dynamic stresses.
  • the invention finds multiple applications, for example in the field of transport, civil engineering or even in aerospace.
  • the shells also referred to as cylindrical casings, are structural parts intended to contain one or more sub-assemblies.
  • a shell generally extends along a main axis and usually allows organization within it of the various sub-assemblies along this main axis.
  • the shroud extends mainly along the vertical axis, it can for example support or contain several sub-assemblies distributed vertically.
  • the first solution consists of inserting a dynamic filter between the excitation source and the ferrule supporting the sub-assembly.
  • Two classes of filters are distinguished: non-dissipative filters and dissipative filters.
  • a non-dissipative filter often consists of a simple spring, structured in a rectilinear, cylindrical or more complex way.
  • the principle of a dissipative filter is based on the dissipation of energy to dampen vibrations. These dissipations can take place by friction, using the friction energy of mechanical parts or even using the friction of a viscous fluid.
  • the second solution making it possible to reduce the dynamic stresses applied to a sub-assembly integrated in a shell is the use of a dynamic beater, also called a non-linear energy sink (usually designated by the acronym NES, from the English term Nonlinear Energy Sink).
  • a dynamic beater also called a non-linear energy sink (usually designated by the acronym NES, from the English term Nonlinear Energy Sink).
  • the principle of this solution is based on the addition of an energy sink, generally on the structuring part, which will absorb a large part of the dynamic energy.
  • the energy sink is classically an oscillating system of the ⁇ mass+spring ⁇ type which will absorb dynamic energy.
  • the principle is based on a redistribution of the dynamic energy between the sub-assemblies to be protected and the energy well.
  • An object of the present invention is therefore to propose a solution which makes it possible to eliminate or limit at least one of the aforementioned drawbacks.
  • an object of the present invention is to provide a ferrule having a simple and reliable design.
  • a ferrule which comprises a body made of a first material, the body comprising: i. an internal wall, oriented towards the inside of the shroud and delimiting in part at least an internal space, the internal wall extending along a main axis of the shroud, ii. an outer wall facing the outside of the ferrule.
  • the body further comprises at least one cavity located between the inner wall and the outer wall.
  • this cavity is completely surrounded, at least according to a section taken in a plane perpendicular to the main axis, by the first material.
  • the shroud as proposed by the present invention allows better dynamic dissipation by combining both the structuring function but also the dynamic insulation function.
  • the body performs the structuring function with in particular the resistance of the forces applied to the shell, the maintenance of any sub-assemblies contained in the shell.
  • the damping element ensures the dissipation of at least part of the dynamic stresses and typically vibrations.
  • the proposed ferrule can thus be qualified as a self-damping ferrule. This solution makes it possible to avoid adding an additional component to the architecture of a complete system.
  • the present invention allows a design of a mechanical part whose performance is optimized and whose dynamic behavior is improved.
  • the choice of the first and second materials may depend on the mass of the subassemblies as well as the technological constraints specific to the application.
  • the overall rigidity of the shroud is in particular a function of the ratio between the Young's modulus of the first material and the Young's modulus of the second material. The larger the ratio, the higher the overall stiffness.
  • the present invention therefore advantageously makes it possible to optimize the number of components, the volume and the weight of the complete system.
  • the invention comprises a method for manufacturing a ferrule comprising the following steps: production of a body in a first material, the body comprising:
  • the invention comprises an apparatus comprising a ferrule according to the present invention, the apparatus being taken from: a rocket booster, a rocket, an aircraft engine, a multi-axis robot.
  • the invention comprises an assembly comprising a ferrule according to the present invention as well as at least one subassembly fixed in the internal space.
  • the invention comprises a system comprising a ferrule as well as a flange integral with the ferrule, the flange comprising at least one fixing opening intended to cooperate with at least one fixing element, such as a screw.
  • the flange and the ferrule form a monolithic part.
  • the flange is formed at least in part by said first material.
  • the flange is integral with the ferrule.
  • FIG. 1A represents an isometric view with a partial section of an example of a system comprising a ferrule and a flange according to the invention.
  • FIG. 1B shows an isometric view of the system shown in Figure 1A.
  • FIG. 1C is a cross-sectional view of the system illustrated in FIGS. 1A and 1B, according to a plane comprising the main axis oriented in the vertical direction.
  • Figure 1D is a sectional view of the system shown in Figures 1A, 1B and 1C, along a plane perpendicular to the main axis.
  • Figure 2A is a rheological model of the self-damping of a ferrule according to the present invention.
  • FIG. 2B is a block diagram of the ferrule comprising two sub-assemblies, the ferrule being subjected to a stress.
  • FIG. 3 represents, schematically and in sectional view along a plane comprising the main axis, an example of a shell according to the invention integrating several sub-assemblies.
  • FIG. 4A represents a particular embodiment of the present invention according to a plane comprising the main axis, oriented vertically and according to a plane perpendicular to the main axis.
  • Figure 4B is a table of numerical values corresponding to the embodiment of Figure 4A.
  • FIGS. 5A and 5B are graphical representations of transfer functions between the dynamic response at the center of gravity of the subassembly and the stress at the base of the system for a shell according to the prior art (FIG. 5A) and for a example of ferrule according to the invention (FIG. 5B).
  • FIGS 6A to 7 illustrate other examples of ferrules according to the invention.
  • FIG. 6A represents a particular embodiment of the present invention in which the body of the ferrule comprises several, here at least four, distinct cavities distributed homogeneously around the main axis.
  • FIG. 6B represents a particular embodiment of the present invention in which the body of the ferrule comprises a single cavity distributed according to an angular portion around the main axis.
  • FIG. 6C represents a particular embodiment of the present invention in which the body of the ferrule comprises at least one cavity whose spacing with the internal wall is fluctuating around the main axis.
  • FIG. 6D represents a particular embodiment of the present invention in which the body of the ferrule comprises at least two distinct cavities distributed concentrically around the main axis.
  • FIG. 7 represents a particular embodiment of the present invention in which the body of the ferrule comprises at least one cavity filled with at least a damping element so that the damping element is accessible from the upper face of the shroud.
  • the ferrule comprises at least two distinct cavities. This allows, for example, an optimized configuration of the cavities advantageously filled in different proportions and in different materials.
  • the distribution into several distinct cavities can preferentially allow an optimization of the distribution of the first material which makes up the body with respect to the second material which makes up the damping element.
  • two distinct cavities we mean two cavities that do not communicate within the same body. They thus do not have a communication passage arranged within the body which could allow the circulation, for example, of a fluid.
  • the chemical composition of the first material differs from that of the second material.
  • the first and the second material differ by at least one of the chemical species composing them.
  • At least one chemical species is present in one, among the first and the second material and is absent from the other, among the first and the second material.
  • the first material is a stiffer material than the second material, the shape of which is configured so as to present at least one cavity in which is integrated a damping element, preferably made of an elastomeric material, so as to allow the improvement of the dynamic properties of the ferrule of the present invention.
  • E ⁇ 1000 MPa E ⁇ 1000 MPa.
  • E 2 ⁇ 100 MPa E 2 ⁇ 100 MPa
  • the first material of the body occupies a first surface S1 and the second material occupies a second surface S2, the ferrule being shaped so that the ratio S1/S2 ⁇ 1/3 and preferably S1/S2 ⁇ 1/4.
  • the second material has damping properties such as its damping factor tan(5)>0.10 and preferably tan(5)>0.05.
  • the damping factor advantageously translates a measurement of damping during a dynamic deformation. The higher it is, the greater the vibration damping.
  • the second material is an elastomer, preferably silicone.
  • the second material is not air or vacuum.
  • the first material of the body occupies a first surface S1 and the second material occupies a second surface S2, the ferrule being shaped so that the ratio S1/S2 ⁇ 1/3 and preferably S1/S2 ⁇ 1/4.
  • the overall rigidity of the shell can be, for example, a function of the ratio between the volume of the first material relative to the volume of the second material. Consequently, the overall rigidity of the shroud can also preferably be a function of the surface ratio between the first surface S1 and the second surface S2.
  • the first material is a metal, preferably taken from steel, aluminum, titanium or it can be a plastic material such as PEEK (polyetheretherketone or even PolyEtherEtherKetone) or PM MA (polymethacrylate of methyl).
  • PEEK polyetheretherketone or even PolyEtherEtherKetone
  • PM MA polymethacrylate of methyl
  • the shroud comprises several injection openings, distributed around the main axis, preferably distributed equidistant from each other.
  • the body can be partially or entirely covered with a coating or with several superposed coatings.
  • the coating can be made of a material whose Young's modulus is lower than that of the first material.
  • the at least one cavity is completely closed.
  • the inner wall at least has a shape of revolution.
  • the outer wall has a shape of revolution.
  • the ferrule forms at least part of one of: a rocket fairing, an aircraft engine casing, a multi-axis robot arm.
  • the body composed of the first material has constant thicknesses around at least one cavity.
  • the body is a monolithic part made of the first material in which at least one cavity is made.
  • the thickness of the body located between the damping insert and the internal wall is constant along the main axis and/or according to a rotation around the main axis.
  • the thickness of the first material around at least one cavity is constant. This allows, advantageously, an optimization of the mass distribution of the first material.
  • the first material has a structural preference function due to its greater rigidity than the second material.
  • a constant thickness makes it easier to obtain a homogeneous part.
  • At least the internal wall has a shape of revolution. This allows, for example, the optimized integration of the shell within a mechanism comprising rotational movements.
  • At least the outer wall has a shape of revolution.
  • the outer wall can therefore be qualified as having an axisymmetric shape.
  • the body has an upper face comprising at least one injection opening allowing access to the at least one cavity, so as to leave the second material accessible from the outside of the ferrule.
  • the body can leave visible on its upper face, a cavity opening, so as to allow optimized filling of the cavity by the damping element.
  • the ferrule comprises several injection openings, distributed around the main axis, preferably distributed equidistant from each other.
  • this arrangement of the openings facilitates the injection of the second material in the at least one cavity and/or preferentially allows a better distribution of the second material during the filling step.
  • At least one cavity is completely closed. This allows total confinement of the damping element within the body of the ferrule.
  • the second material is not accessible from the outside of the shell.
  • the additive deposition includes the deposition of two different materials, one being the first material, the other the second material on the same level line.
  • This embodiment has the advantage of protecting the second material, for example when the environment of the ferrule is likely to degrade the second material, for example in the case where the ferrule is subjected to a temperature or a chemical composition which could alter the state of the damping element.
  • the internal space is intended to accommodate one or more sub-assemblies, such as mechanical or electrical systems or components, etc.
  • the internal space and the internal wall have a common axis of symmetry.
  • the internal wall is configured so as to allow the fixing of at least one subassembly in the internal space.
  • the ferrule supports several sub-assemblies, typically two and preferably more than three sub-assemblies.
  • the ferrule supports, preferably on its own, the sub-assembly(ies). This makes it possible, for example, to fix one or more sub-assemblies inside the space formed by the internal wall.
  • sub-assemblies are likely to be fixed on the inner wall of the shell.
  • the shroud advantageously allows the self-damping of the device.
  • the shroud forms part of at least one of the following assemblies: a rocket fairing, an aircraft engine casing, a multi-axis robot arm, for example an industrial manufacturing robot.
  • the flange comprises at least two fixing openings distributed equidistantly from the main axis and are configured so as to allow the maintenance in position of the system comprising the shell and the flange with respect to the environment of the application.
  • the fixing openings are configured to be able to collaborate with at least one bolting element such as, for example, screws, bolts or studs anchor. This advantageously allows the ferrule to be held in position in its application environment. Indeed, the transmission of forces and the effectiveness of the self-damping are preferentially dependent on the attachment of the shell to a frame.
  • the ferrule is produced by additive manufacturing and/or by molding.
  • the damping element in section along a plane perpendicular to the main axis, surrounds at least a portion of the internal space, the internal space being configured so as to allow the reception of a sub-assembly .
  • shroud in no way limits the relative dimensions of the shroud, in particular the ratio between its maximum dimension taken along the main axis and its maximum dimension taken along a perpendicular direction. to the main axis.
  • stiffness is meant a capacity of resistance that a solid material opposes to the mechanical forces of traction, torsion or even shearing.
  • stiffness of a material will preferably be characterized by its Young's modulus.
  • Young's modulus it is appropriate to consider an overall stiffness of the shell comprising a body and at least one cavity filled with a damping element.
  • the word “damping” corresponds to the viscous characterization, which participates in the dissipation of dynamic energy.
  • Constant should be considered with respect to constant thicknesses as being able to accept a variation of less than 5%.
  • the present invention comprises a system 1 comprising a shroud 10.
  • the shroud 10 has a body 100 which comprises at least one inner wall 11 and one outer wall 13.
  • This internal space 12 is, for example, intended to accommodate sub-assemblies 2 (illustrated in FIGS. 3) carried by the ferrule 10.
  • the subset 2 or at least some of the subsets 2 are entirely contained in the internal space 12.
  • all the sub-assemblies 2 are entirely contained in the internal space 12. Thus they do not protrude outside the internal space 12. They are entirely supported by the wall inner wall 11.
  • the inner wall 11 extends along an axis, subsequently designated main axis 121 of the ferrule 10.
  • the inner wall 11 does not have a symmetry of revolution or that this symmetry of revolution is not not constant all along the main axis 121.
  • the section defined by the internal wall 11 may or may not vary along the main axis 121.
  • the damping element 200 surrounds at least a portion of the internal space 12. It may have a closed outline along a section perpendicular to said main axis 121.
  • the damping element 200 extends along the main axis 121 over a at least portion of the shroud 10.
  • the damping element 200 envelops at least a portion of the internal space 12 as well as the sub-assembly(ies) 2 contained in the internal space 12.
  • the sub-assembly(ies) -sets 2 or at least some of the subsets 2 are entirely contained in this portion of internal space 12.
  • the subset(s) 2 are configured to be fixed in this portion of internal space 12.
  • At least one sub-assembly 2 is surrounded by the internal surface 12 so as to maintain in position l at least sub-assembly 2 against the shroud 1.
  • the retention takes place by continuous radial contact of the internal wall 11 with the sub-assembly 2.
  • the internal space 12 completely surrounds the sub-assembly 2.
  • the portion of the shroud 10 located between the internal space 12 and the cavity 20 is in direct contact with the damping element 200 on the one hand and the sub-assembly 2.
  • the damping element 200 on the one hand and the sub-assembly 2.
  • the outer wall 13 of the body 10 is oriented towards the outside of the ferrule 10.
  • the outer wall 13 can extend along the main axis 121. It is also possible that the outer wall 13 may or may not have a symmetry of revolution along the main axis 121. According to one example, the outer wall 13 has a cylindrical shape.
  • the body 100 comprises at least one cavity 20.
  • This cavity 20 is located between the internal wall 11 and the external wall 13.
  • the cavity 20 is filled at least partially and preferably entirely of a damping element 200.
  • the cavity 20 is therefore a shape provided in the body 100 of the ferrule 10.
  • the cavity 20 is a void provided in the body 100.
  • the body 100 is made of at least a first material and the damping element 200 is made of at least a second material, different from the first material.
  • the first material is stiffer than the second material.
  • R E 1 /E 2 > 1000.
  • first material it is possible, for example, to use aluminum, titanium or steel.
  • second material it is possible, for example, to use an elastomer which can be compressible or incompressible. It is possible, for example, to use silicone.
  • the second material has damping properties such as its damping factor tan(5)>0.1, preferably tan(5)>0.05.
  • the shell 10 By presenting this structure combining rigid body 1000 and damping material 200 housed in one or more cavities 20 of the rigid body, the shell 10 according to the invention makes it possible both to ensure the structuring function and at the same time to considerably improve the dynamic dissipation of vibratory stresses.
  • the proposed ferrule is self-damping.
  • the ferrule 10 also has an upper face 16.
  • This upper face 16 may have at least one injection opening 30.
  • there may be several injection openings 30 preferably four injection openings 30 are distributed at 90° around the main axis 121.
  • At least one injection opening 30 is configured so as to preferentially allow the injection or passage of the damping element 200 to inside the cavity or cavities 20 of the ferrule 10.
  • the body 100 comprises at least two injection openings 30, distributed equidistantly from one another around the main axis 121.
  • the shroud 10 can also be equipped, for example, at its base 14, with a flange 40 allowing the fixing of the shroud 10 to any other mechanical assembly, possibly being a source of dynamic stresses.
  • the ferrule 10 and the flange 40 form a monolithic part.
  • At least one fixing opening 41 present on the flange 40 is configured so as to preferentially allow the fixing of the system 1 to another external assembly.
  • the flange 40 may comprise at least two fixing openings 41 distributed equidistantly around the main axis 121.
  • the openings fasteners 41 are configured so as to allow the insertion of fasteners such as, for example, fasteners, preferably screws, bolts or studs.
  • the system 1 is advantageously between an upper plane PT and a lower plane P 2 so that a base 14 of the flange 40 rests on the lower plane P 2 and the upper face 16 of the ferrule 10 merges with the upper plane PT.
  • the cavity 20 of the shroud 10 is filled with the damping element 200 so that the spacing between the damping element 200 and the internal space 12 corresponds to a thickness e10 of the body.
  • the thickness e 10 between the cavity 20 and the internal wall 11 is for example constant along a circle passing through the main axis 121. It is appropriate, according to an example, to consider the base 14 of the system 1 as a lower face parallel to the upper face 16.
  • the upper face 16 covers the cavity 20 and the damping element 200.
  • the damping element 200 is not accessible except, in line with the possible injection openings 30. This makes it possible to confine the damping element 200 inside the cavities 20. The damping element 200 is then protected from the external environment which can reduce or even prevent its alteration.
  • the shroud 10 is configured so that: the body 100 is contained between two planes PT and P 2 and extending in the direction of the main axis 121 , the at least one damping element 200 is contained between the two planes P1 and P2 and does not form a projection beyond one of these planes.
  • Figure 1D shows the body 100 and the damping element 200 according to a section perpendicular to the main axis 121.
  • the body 100 has two portions, or rings, concentric enclosing the damping element 200
  • the damping element 200 forms a closed ring, of circular shape.
  • the surface occupied by the body 100 is denoted Si and the surface occupied by the damping element 200 is denoted S 2 .
  • the shroud 10 has an overall rigidity which is a function: of the ratio of the moduli of elasticity, between the Young's modulus E1 of the first material and the Young's modulus E2 of the second material, of the surface proportion, in a section of the ferrule 10 along a plane perpendicular to the main axis 121 between the first surface S1 and the second surface S2.
  • FIG. 2A is illustrated a rheological diagram which makes it possible to represent the dynamic behavior of a self-damped shroud 10 preferably located between a source of dynamic stresses 3 and at least one sub-assembly 2 carried inside the shroud 10.
  • the damping element 200 thus adds to the shell 10, which is initially more rigid, a dynamic damping function.
  • the body 100 performs a mechanical structuring function. It thus makes it possible to support and contain the sub-assemblies 2 carried by the shroud 10.
  • the damping element makes it possible to dissipate within the shroud 10 itself a part, or even all of the vibrations of the latter.
  • the shell thus proposed can be described as a self-damping shell.
  • the damping material dissipates the energy when it is dynamically stressed in shear.
  • the combination of the first and the second materials makes it possible to maximize the shear of the second damping material during a dynamic stress in the shell. And this, regardless of the direction of the dynamic stresses at its base 14, whether axial or radial stresses, and deformations induced mainly in shear. This observation makes it possible to structure the self-damped shell in an axisymmetric way.
  • the force transmission line is ensured by the first material of the body 100.
  • the shroud 10 is not configured so that the element damping 200 intervenes in the force transmission line. This advantageously ensures a hold of the ferrule 10 in the event of wear of the second material, generated in the example of aging.
  • the association of the first material of the rigid body 100 and of the damping element 200 is more like an assembly in parallel, as illustrated by the rheological model in FIG. 2A.
  • a source of stresses dynamic 3 subjects the shell 10 to dynamic stresses at the level of the base 14 of the shell 10.
  • the first material surrounds or imprisons in the form of a “sandwich” the damping element 200 so as to allow maintenance of the continuity of a transmission line of forces within the body 100.
  • This advantageously makes it possible to ensure a resistance of the system 1 in the event of degradation of the second material which can be, for example, caused by the degradation of the ferrule 10 over time.
  • an element external to the shroud typically a source of dynamic stresses, which presses against the shroud 10, transmits stresses to the body 100 without passing directly through the damping element 200. At least some of these dynamic stresses is transmitted to the damping element 200 only via the body 100.
  • the dynamic protection of subassemblies 2 subjected to a source of stresses 3 advantageously requires the addition of a system 1.
  • the system 1 fulfills the role of a dynamic filter such as a well of energy by combining a structuring function but also a dynamic insulation function,
  • FIG. 3 illustrates the ferrule of FIGS. 1A to 1D associated with sub-assemblies 2. More specifically, these sub-assemblies 2 are fixed and held in the internal space 12 of the ferrule 10. These sub-assemblies 2 are represented from very schematically. It is also possible to envisage subsets 2 of variable dimensions and made of different materials.
  • the sub-assemblies 2 can be in direct contact with the body 100. They can be entirely secured to the body 100 or, depending on the application, be fixed to the latter while retaining a certain degree of mobility. In this illustrated example, the subsets 2 are preferably between the lower plane PT and the upper plane P 2 defined in FIG. 1C.
  • the behavior of the shroud 10 faced with the dynamic stresses it receives from a source will therefore depend for example: on the weight of the sub-assemblies 2, on the choice of the first material, on the choice of the second material, on the dimensioning of the shroud.
  • the performance and efficiency of the ferrule 10 will also depend on a target cutoff frequency beyond which the external stresses are no longer transmitted to the system 1 thus defining a maximum damping threshold.
  • system 1 includes ferrule 10 and flange 40.
  • the height H 150 of the body 100 of the shroud 10 can be greater than the height H 25o of the damping element 200.
  • the at least one cavity 20 of the body 100 extends over a large portion of the height H 150 of the body.
  • the heights H 150 and H 2 5o are measured in a direction parallel to the main axis 121.
  • H 25 o>O.8 * H 150 and preferably H 25 o>O.8 * H 150 while respecting H 2 50 ⁇ H 150 .
  • the damping element 200 has a width L 20 Q less than the height H 250 .
  • L 2O o2O.5*H 25O The width L 20 Q is measured in a direction perpendicular to the main axis 121.
  • Figure 4B gives an example of values in millimeters of the dimensions referenced in Figure 4A. This is an example of one embodiment of a ferrule 10 of the present invention.
  • the first material is aluminum with a Young's modulus of 71 GPa, a Poisson's ratio of 0.3 and a density of 2450 kg/m 3 .
  • the second material is, for example, an incompressible silicone 72 Shore scale A, with a Young's modulus of 51 MPa and a loss factor of 0.10 in the frequency range considered and a density of 1400 kg/m3.
  • FIGS. 5A and 5B are graphs illustrating the behaviors, faced with dynamic stresses, respectively of a shroud according to the particular example described above (FIG. 5A) and of the same shroud but without a cavity and without a damping element (FIG. 5B).
  • a single sub-assembly 2 weighing 5 kg is fixed in the internal space 12 of the ferrules.
  • Sinusoidal dynamic accelerations are generated at the level of the lower face of the shroud 10, for frequencies comprised between 100 Hz and 700 Hz.
  • the recording of the acceleration at the center of gravity of the subassembly 2 makes it possible to obtain the function transfer system 1 as shown in Figures 5A and 5B.
  • the graphical representation obtained makes it possible to determine; that with the ferrule 10 according to the invention (FIG. 5A), a cut-off frequency of 393 Hz is observed with a maximum amplification factor of 18, that with a conventional ferrule (FIG. 5B), we observe for this same frequency a peak whose value tends towards infinity. This peak reflects the absence of damping.
  • the ferrule 10 may be particularly advantageous to produce the ferrule 10 integrating at least one cavity 20 using an additive manufacturing process, in particular when the shape of the body 100 is too complex to obtain by methods linked to conventional processes for subtracting material or casting.
  • the manufacture of the body 100 can preferably be carried out using a three-dimensional (3D) printing device.
  • the second material is preferably cast or injected into the body 100 in order to form the damping element 200.
  • the step of filling with the second material can take place downstream of the step of manufacturing the body 100 of the ferrule 10.
  • the second material can be injected through the injection openings 30.
  • the manufacture of the ferrule 10 is therefore preferably carried out in two distinct stages which may correspond to two different manufacturing processes: the production of a body 100 comprising at least one cavity 20, a second stage relating to the filling of the at least a cavity 20.
  • the damping material can also be formed by additive manufacturing.
  • 3D printing machines which make it possible to deposit two different materials (i.e., the first and the second material), during the manufacture of the ferrule 10.
  • the body 100 and the damping element 200 are advantageously manufactured and assembled simultaneously. This method advantageously allows an optimization of the production time of the ferrule 10 of the present invention.
  • the production methods comprising based on additive manufacturing advantageously allow the production of complex shapes such as, for example, cavities or shapes usually requiring molding undercuts and cores. These shapes are generally obtained by complex manufacturing processes.
  • this 3D manufacturing method associated with a well-established printing strategy such as the precise layout of parts in a printer allows advantageous optimization of manufacturing costs.
  • an additive manufacturing process preferably offers a wider choice of materials than conventional processes for manufacturing hollow parts such as, for example, molding.
  • FIGS. 1A to 1D The embodiment described above with reference to FIGS. 1A to 1D is not limiting and numerous variants can be envisaged. Figures 6A to 7 illustrate some of these variants.
  • the shroud 10 comprises several cavities 20, filled at least partially with the damping element 200.
  • These cavities 20 can be perfectly distinct, that is to say they do not communicate between them.
  • these cavities may be in fluid communication via passageways. These passages can facilitate the filling of several cavities from the same injection opening.
  • the shell 10 comprises four cavities 20.
  • the cavities 20 may be identical and distributed symmetrically with respect to the center of the circle formed by the intersection of the internal wall 11 with a plane perpendicular to the main axis 121.
  • this embodiment can extend to other similar configurations comprising 2, 3, 5 or more cavities distributed equidistantly around the main axis 121.
  • the ferrule 10 may, for example, comprise one or more cavities 20 distributed unevenly around the main axis 121.
  • the body 100 comprises a single cavity 20 filled at least partially by the damping element 200.
  • the cavity 20 as well as the damping element 200 do not have a closed outline in a section along a plane perpendicular to the main axis 121.
  • the cavity 20 as well as the damping element 200 extend over only a portion of the ring. They thus each form an open ring.
  • the section of the cavity 20, corresponding to the second surface S 2 , shown in a section plane, extends radially along an angular sector of 270°. It is perfectly possible to envisage a smaller or larger angular sector, depending on the behavior that one wishes to give to the ferrule. This variation may prove to be more effective when the shroud is subjected to stresses distributed in a non-homogeneous manner. This embodiment allows great adaptability of the system to a wide field of applications.
  • the distribution of the first material surrounding the cavity 20 may not be constant radially.
  • the contours of the surface S 2 are not circular and have irregularities. This allows greater adaptability of the system to a wide range of applications.
  • This configuration is not limited to this single embodiment and can be extended by combination to the other embodiments represented in FIGS. 1D, 6A, 6B and 6D.
  • the ferrule 10 has at least two successive cavities 20 in the radial direction.
  • the section of the ferrule 10 reveals two concentric cavities 20, separated by a portion of the body 100. It is possible to envisage extending this embodiment to cavities with non-circular outlines, which may for example have irregularities as in the embodiment illustrated in FIG. 6C.
  • the fact of concentrically including several cavities 20 allows a structural alternation between the first material and the second material. It is therefore appropriate to extend this particular embodiment to a body comprising at least two cavities. This configuration is not limited to this single embodiment and can be extended by combination of forms to the other embodiments represented in FIGS. 1D, 6A, 6B and 6C.
  • the ferrule 10 can be configured so that the body 100 includes an upper face 16 that is partially or entirely open so as to leave the second material 200 partially accessible.
  • the body 100 and the damping element 200 are configured so as to form a plane alignment along the upper face 16. It is also possible to envisage an embodiment in which at least one of the cavities is completely closed. This allows total confinement of the damping element within the body of the ferrule.
  • the second material of this closed cavity at least is protected by the first material from the external environment because it is not accessible from the outside of the shroud.
  • the ferrule 10 can comprise several parts configured to be assembled together.
  • This assembly includes, for example, bolts and/or glue.
  • the ferrule according to the present invention finds advantageous applications in many industrial and scientific fields. For example, it finds applications in aeronautics or aerospace.
  • the ferrule may for example form at least part of the structure of a rocket propellant, a rocket booster or even a rocket fairing.
  • the damped shell can protect the equipment or sub-assemblies located under the cover for example.
  • a shroud according to the invention can also entirely or partially form the casing of an aircraft engine.
  • the damped shell can dissipate the transmission of vibrations from the engine to the wings of the aircraft.
  • a shroud according to the invention can also entirely form part of the sleeve of an industrial robot arm, typically a multi-axis robot.
  • the damped shell can then effectively reduce the vibrations of the arm on its frame or its attachment table.
  • the shroud according to the invention makes it possible to dissipate the vibrations which can damage the shroud or the sub-assemblies that it contains.

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Abstract

Virole (10) comprenant un corps (100) en un premier matériau, le corps (100) comprenant une paroi interne (11), orientée vers l'intérieur de la virole (10) et délimitant en partie au moins, un espace interne (12), la paroi interne (11) s'étendant selon un axe principal (121) de la virole (10), une paroi externe (13) orientée vers l'extérieur de la virole (10), dans lequel le corps (100) comprend au moins une cavité (20), située entre la paroi interne (11) et la paroi externe (13) et entièrement entourée, au moins selon une coupe prise dans un plan perpendiculaire à l'axe principal (121), par le premier matériau, la cavité (20) comprend un élément amortissant (200).

Description

« Virole auto-amortie»
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
La présente invention concerne une virole. Elle trouve une application particulièrement avantageuse : les viroles destinées à être intégrées au sein de structures soumises à des sollicitations vibratoires et plus généralement des sollicitations dynamiques. L’invention trouve de multiples applications, par exemple dans le domaine des transports, du génie civil ou encore dans l’aérospatiale.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
De manière bien connue, les viroles, également désignées carters cylindriques, sont des pièces structurantes destinées à contenir un ou plusieurs sous-ensembles. Une virole s’étend généralement selon un axe principal et permet habituellement une organisation en son sein des différents sous-ensembles selon cet axe principal. Ainsi, si la virole s’étend principalement selon l’axe vertical, elle peut par exemple supporter ou contenir plusieurs sous-ensembles répartis verticalement.
Dans la plupart des domaines tels que les transports, le génie civil ou l’aérospatial, ces sous-ensembles sont susceptibles de subir des sollicitations dynamiques vibratoires. Ces sollicitations dynamiques vibratoires peuvent altérer sérieusement les sous-ensembles. Afin de s’en protéger, il est nécessaire de les isoler d’un point de vue dynamique. A ce jour, il existe deux solutions principales.
La première solution consiste à insérer un filtre dynamique entre la source d’excitation et la virole supportant le sous-ensemble. Deux classes de filtres se distinguent : les filtres non-dissipatifs et les filtres dissipatifs.
Un filtre non-dissipatif est souvent constitué d’un simple ressort, architecturé de manière rectiligne, cylindrique ou de manière plus complexe. Le principe d’un filtre dissipatif repose sur la dissipation d’énergie permettant d’amortir les vibrations. Ces dissipations peuvent s’effectuer par frottement, en utilisant l’énergie de frottement de pièces mécaniques ou encore en utilisant le frottement d’un fluide visqueux.
Il existe également des filtres dont la dissipation est directement obtenue par le comportement dynamique d’un matériau, tels les élastomères. Ces solutions se retrouvent dans les silentblocs™ ou les amortisseurs dynamiques.
La seconde solution permettant de réduire les sollicitations dynamiques appliquées à un sous-ensemble intégré dans une virole est l’utilisation d’un batteur dynamique, également appelé puits d’énergie non-linéaire (habituellement désigné par l’acronyme NES, du vocable anglais Nonlinear Energy Sink). Le principe de cette solution repose sur l’ajout d’un puits d’énergie, généralement sur la pièce structurante, qui va absorber une grande partie de l’énergie dynamique. Le puits d’énergie est classiquement un système oscillant de type {masse+ressort} qui va absorber de l’énergie dynamique. Le principe repose sur une redistribution de l’énergie dynamique entre les sous-ensembles à protéger et le puits d’énergie.
En pratique, les solutions connues s’avèrent bien souvent complexes, onéreuses et manquent parfois de fiabilité.
Un objet de la présente invention est donc de proposer une solution qui permette de supprimer ou de limiter au moins l’un des inconvénients précités. En particulier, un objet de la présente invention est de proposer une virole présentant une conception simple et fiable.
Les autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la description suivante et des dessins d'accompagnement. Il est entendu que d'autres avantages peuvent être incorporés.
RÉSUMÉ DE L'INVENTION
Pour atteindre cet objectif, selon un mode de réalisation, on prévoit une virole qui comprend un corps en un premier matériau, le corps comprenant : i. une paroi interne, orientée vers l’intérieur de la virole et délimitant en partie au moins, un espace interne, la paroi interne s'étendant selon un axe principal de la virole, ii. une paroi externe orientée vers l'extérieur de la virole.
Le corps comprend, en outre, au moins une cavité située entre la paroi interne et la paroi externe. De préférence, cette cavité est entièrement entourée, au moins selon une coupe prise dans un plan perpendiculaire à l'axe principal, par le premier matériau. Avantageusement, la cavité comprend au moins un élément amortissant en un deuxième matériau différent du premier matériau, le premier matériau et le deuxième matériau présentant un rapport R=E1/E2 > 100, et de préférence R=E1/E2 > 1000 avec E1 le module de Young du premier matériau et E2 le module de Young du deuxième matériau.
Ainsi, la virole telle que proposée par la présente invention permet une meilleure dissipation dynamique en combinant à la fois la fonction de structuration mais également la fonction d’isolation dynamique. Le corps assure la fonction de structuration avec notamment la résistance des efforts appliqués à la virole, le maintien des éventuels sous-ensembles contenus dans la virole. L’élément amortissant assure la dissipation d’une partie au moins des sollicitations dynamiques et typiquement des vibrations. La virole proposée peut ainsi être qualifiée de virole auto-amortie. Cette solution permet d’éviter l’ajout d’un composant supplémentaire dans l’architecture d’un système complet.
Sans la présente invention et en suivant les enseignements de l’état de la technique, il faudrait concevoir une pièce structurante s’accompagnant d’un «puits d’énergie » ou d’un « filtre dynamique ».
La présente invention permet une conception d’une pièce mécanique dont les performances sont optimisées et dont le comportement dynamique est amélioré.
Le choix des premier et deuxième matériaux peut être fonction de la masse des sous-ensembles ainsi que des contraintes technologiques propres à l’application. La rigidité globale de la virole est notamment fonction du ratio entre le module de Young du premier matériau et le module de Young du deuxième matériau. Plus le ratio est important, plus la rigidité globale est élevée.
La présente invention permet donc avantageusement d’optimiser le nombre de composants, le volume et le poids du système complet.
Par conséquent, cette virole présente une robustesse et une fiabilité améliorées. En outre, son coût de fabrication peut être réduit. Selon un autre aspect, l’invention comprend un procédé de fabrication d’une virole comprenant les étapes suivantes : réalisation d’un corps en un premier matériau, le corps comprenant :
• une paroi interne, orientée vers l’intérieur de la virole et délimitant en partie au moins, un espace interne, la paroi interne s'étendant selon un axe principal de la virole,
• une paroi externe orientée vers l'extérieur de la virole,
• une cavité située entre la paroi interne et la paroi externe et entièrement entourée, au moins selon une coupe prise dans un plan perpendiculaire à l'axe principal par le premier matériau, remplissage de la cavité avec un deuxième matériau différent du premier matériau, le premier matériau et le deuxième matériau présentant un rapport R=E1/E2 > 100, et de préférence R=E1/E2 > 1000, avec E1 le module de Young du premier matériau et E2 le module de Young du deuxième matériau.
Selon un autre aspect, l’invention comprend un appareil comprenant une virole selon la présente invention, l’appareil étant pris parmi : un propulseur de fusée, une fusée, un moteur d’avion, un robot multiaxes.
Selon un autre aspect, l’invention comprend un ensemble comprenant une virole selon la présente invention ainsi qu’au moins un sous-ensemble fixé dans l’espace interne.
Selon un autre aspect, l’invention comprend un système comportant une virole ainsi qu’une bride solidaire de la virole, la bride comportant au moins une ouverture de fixation destinée à coopérer avec au moins un élément de fixation, tel qu’une vis.
De manière préférée la bride et la virole forment une pièce monolithique. La bride est formée en partie au moins par ledit premier matériau. De préférence, la bride est venue de matière avec la virole.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
Les buts, objets, ainsi que les caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront mieux de la description détaillée d’un mode de réalisation de cette dernière qui est illustré par les dessins d’accompagnement suivants dans lesquels :
La figure 1A représente une vue isométrique avec une coupe partielle d’un exemple de système comprenant une virole et une bride selon l’invention.
La figure 1B représente une vue isométrique du système représenté en figure 1A. La figure 1C est une vue en coupe du système illustré aux figures 1A et 1B, selon un plan comprenant à l’axe principal orienté dans la direction verticale.
La figure 1 D est une vue en coupe du système illustré aux figures 1A, 1 B et 1 C, selon un plan perpendiculaire à l’axe principal.
La figure 2A est un modèle rhéologique de l’auto-amortissement d’une virole selon la présente invention.
La figure 2B est un schéma principe de la virole comprenant deux sous- ensembles, la virole étant soumise à une sollicitation.
La figure 3 représente, de manière schématique et en vue en coupe selon un plan comprenant l’axe principal, un exemple de virole selon l’invention intégrant plusieurs sous-ensembles.
La figure 4A représente un mode de réalisation particulier de la présente invention selon un plan comprenant l’axe principal, orienté verticalement et selon un plan perpendiculaire à l’axe principal.
La figure 4B est un tableau des valeurs numériques correspondant au mode de réalisation de la figure 4A.
Les figures 5A et 5B sont des représentations graphiques de fonctions de transfert entre la réponse dynamique au centre de gravité du sous-ensemble et la sollicitation à la base du système pour une virole selon l’état de la technique (figure 5A) et pour un exemple de virole selon l’invention (figure 5B).
Les figures 6A à 7 illustrent d’autres exemples de viroles selon l’invention.
La figure 6A représente un mode de réalisation particulier de la présente invention dans lequel le corps de la virole comprend plusieurs, ici au moins quatre, cavités distinctes réparties de manière homogène autour de l’axe principal.
La figure 6B représente un mode de réalisation particulier de la présente invention dans lequel le corps de la virole comprend une seule cavité répartie selon une portion angulaire autour de l’axe principal.
La figure 6C représente un mode de réalisation particulier de la présente invention dans lequel le corps de la virole comprend au moins une cavité dont l’espacement avec la paroi interne est fluctuant autour de l’axe principal.
La figure 6D représente un mode de réalisation particulier de la présente invention dans lequel le corps de la virole comprend au moins deux cavités distinctes réparties de manière concentrique autour de l’axe principal.
La figure 7 représente un mode de réalisation particulier de la présente invention dans lequel le corps de la virole comprend au moins une cavité remplie par au moins un élément amortissant de sorte à ce que l’élément amortissant soit accessible depuis la face supérieure de la virole.
Les dessins sont donnés à titre d'exemples et ne sont pas limitatifs de l’invention. Ils constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l’invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION
Avant d’entamer une revue détaillée des modes de réalisation de l’invention, sont énoncées ci-après des caractéristiques optionnelles qui peuvent éventuellement être utilisées en association ou alternativement.
Selon un exemple, la virole comprend au moins deux cavités distinctes. Cela permet, par exemple, une configuration optimisée des cavités avantageusement remplies en différentes proportions et en différents matériaux. De plus, la répartition en plusieurs cavités distinctes peut préférentiellement permettre une optimisation de la répartition du premier matériau qui compose le corps par rapport au deuxième matériau qui compose l’élément amortissant.
On entend par deux cavités distinctes, deux cavités qui ne communiquent pas au sein d’un même corps. Elles ne présentent ainsi pas de passage de communication aménagé au sein du corps qui pourrait permettre la circulation, par exemple, d’un fluide.
La composition chimique du premier matériau diffère de celle du deuxième matériau. De préférence, le premier et le deuxième matériau différent par au moins l’une des espèces chimiques les composant. Au moins une espèce chimique est présente dans l’un, parmi le premier et le deuxième matériau et est absente de l’autre, parmi le premier et le deuxième matériau.
L’utilisation de deux matériaux dont la composition chimique n’est pas la même permet de préférence l’utilisation d’une multitude de couples de matériaux pouvant avantageusement s’adapter à un grand nombre de configurations géométriques et d’applications industrielles.
Le choix des matériaux est avantageusement fonction de la masse des sous- ensembles ainsi que des contraintes technologiques propres à l’application.
Le premier matériau est un matériau plus rigide que le deuxième matériau dont la forme est configurée de sorte à présenter au moins une cavité dans laquelle est intégré un élément amortissant, de préférence en un matériau élastomère, de sorte à permettre l’amélioration des propriétés dynamiques de la virole de la présente invention.
Selon un exemple, E^IOOO MPa.
Selon un exemple, E2^100 MPa.
Selon un exemple, dans une coupe prise selon un plan perpendiculaire à l'axe principal, le premier matériau du corps occupe une première surface S1 et le deuxième matériau occupe une deuxième surface S2, la virole étant conformée de sorte que le rapport S1/S2 <1/3 et de préférence S1/S2 <1/4.
Selon un exemple, le deuxième matériau présente des propriétés amortissantes telles que son facteur d’amortissement tan(5) > 0,10 et de préférence tan(5) > 0,05. En effet, le facteur d’amortissement traduit avantageusement une mesure d'amortissement durant une déformation dynamique. Plus il est élevé, plus l'amortissement des vibrations est important.
Selon un exemple, le deuxième matériau est un élastomère, de préférence du silicone. Le deuxième matériau n’est pas de l’air ou du vide.
Selon un exemple, dans une coupe prise dans un plan perpendiculaire à l'axe principal, le premier matériau du corps occupe une première surface S1 et le deuxième matériau occupe une deuxième surface S2, la virole étant conformée de sorte que le rapport S1/S2 <1/3 et de préférence S1/S2 <1/4.
Cela permet de contrôler préférentiellement une proportion entre un premier matériau avantageusement plus rigide qu’un deuxième matériau. En effet, la rigidité globale de la virole peut être, par exemple, fonction du ratio entre le volume du premier matériau par rapport au volume du deuxième matériau. Par conséquent, la rigidité globale de la virole peut également être préférentiellement fonction du rapport surfacique entre la première surface S1 et la deuxième surface S2.
Selon un exemple, le premier matériau est un métal, de préférence pris parmi l’acier, aluminium, le titane ou encore il peut s’agir d’une matière plastique comme du PEEK (polyétheréthercétone ou encore PolyEtherEtherKetone) ou du PM MA (polyméthacrylate de méthyle).
Selon un exemple, la virole comprend plusieurs ouvertures d’injection, réparties autour de l’axe principal, de préférence réparties de manière équidistante les unes des autres.
Selon un exemple, le corps peut être partiellement ou entièrement recouvert d’un revêtement ou de plusieurs revêtements superposés. Le revêtement peut être fait dans un matériau dont le module d’Young est inférieur à celui du premier matériau. Selon un exemple, l’au moins une cavité est entièrement fermée.
Selon un exemple, la paroi interne au moins présente une forme de révolution.
Selon un exemple, la paroi externe présente une forme de révolution.
Selon un exemple la virole forme une partie au moins de l’un parmi : une coiffe de fusée, un carter de moteur d’avion, un bras de robot multiaxes.
Selon un exemple, le corps composé du premier matériau présente des épaisseurs constantes autour d’au moins une cavité. Autrement dit le corps est une pièce monolithique faite du premier matériau dans laquelle est ménagée au moins une cavité.
De manière préférée, l’épaisseur du corps située entre l’insert amortissant et la paroi interne est constante le long de l’axe principal et/ou selon une rotation autour de l’axe principal.
Selon un exemple, l’épaisseur du premier matériau autour d’au moins une cavité est constante. Cela permet, de manière avantageuse, une optimisation de la répartition de masse du premier matériau. En effet, le premier matériau a une fonction de préférence structurelle de par sa rigidité supérieure au deuxième matériau. Une épaisseur constante permet davantage l’obtention d’une pièce homogène.
Selon un exemple, au moins la paroi interne présente une forme de révolution. Cela permet, par exemple, l’intégration optimisée de la virole au sein d’un mécanisme comprenant des mouvements de rotation.
Selon un exemple, au moins la paroi externe présente une forme de révolution. Ainsi, on peut donc qualifier la paroi externe comme ayant une forme axisymétrique.
Selon un exemple, le corps présente une face supérieure comprenant au moins une ouverture d’injection permettant d’accéder à l’au moins une cavité, de sorte à laisser le deuxième matériau accessible depuis l’extérieur de la virole. Cela permet notamment de simplifier la configuration structurelle du corps de la virole et, de ce fait, en optimiser son procédé de réalisation et ainsi permettre la réalisation d’une pièce ne nécessitant pas de trous d’injection qui sont habituellement nécessaires à l’étape de remplissage de l’au moins une cavité.
En effet, suivant l’application industrielle, le corps peut laisser apparent sur sa face supérieure, une ouverture de cavité, de sorte à permettre un remplissage optimisé de la cavité par l’élément amortissant.
Selon un exemple, la virole comprend plusieurs ouvertures d’injection, réparties autour de l’axe principal, de préférence réparties de manière équidistante les unes des autres. Ainsi, cette disposition des ouvertures facilite l’injection du deuxième matériau dans l’au moins une cavité et/ou permet préférentiellement une meilleure répartition du deuxième matériau lors de l’étape de remplissage.
Selon un exemple, au moins une cavité est entièrement fermée. Cela permet un enfermement total de l’élément amortissant au sein du corps de la virole. Ainsi, le deuxième matériau n’est pas accessible depuis l’extérieur de la virole. Ce mode de réalisation est par exemple obtenu par fabrication additive bi-matière. Dans ce type de procédé, le dépôt additif comprend le dépôt de deux matériaux différents, l’un étant le premier matériau, l’autre le deuxième matériau sur une même ligne de niveau.
Ce mode de réalisation présente pour avantage de protéger le deuxième matériau, par exemple lorsque l’environnement de la virole est susceptible de dégrader le deuxième matériau, par exemple dans le cas où la virole est soumise à une température ou à une composition chimique qui pourrait altérer l’état de l’élément amortissant.
Selon un exemple, l’espace interne est destiné à accueillir un ou plusieurs sous- ensembles, tels que des systèmes ou organes mécaniques, électriques etc. De manière préférée, l’espace interne et la paroi interne présentent un axe de symétrie commun.
Selon un exemple, la paroi interne est configurée de sorte à permettre la fixation d’au moins un sous-ensemble dans l’espace interne. De préférence, la virole supporte plusieurs sous-ensembles, typiquement deux et de préférence plus de trois sous- ensembles. Ainsi la virole supporte, de préférence à elle seule, le ou les sous- ensembles. Cela permet, par exemple, de venir fixer un ou plusieurs sous-ensembles à l’intérieur de l’espace formé par la paroi interne. En effet, des sous-ensembles sont susceptibles d’être fixés sur la paroi interne de la virole. Dans le cas où la virole est soumise à des sollicitations dynamiques, la virole permet avantageusement l’auto- amortissement du dispositif.
Selon un exemple, la virole forme une partie au moins de l’un parmi les ensembles suivants : une coiffe de fusée, un carter de moteur d’avion, un bras de robot multiaxes, par exemple un robot industriel de fabrication.
Selon un exemple, la bride comprend au moins deux ouvertures de fixation répartie de manière équidistante à l’axe principal et sont configurées de sorte à permettre le maintien en position du système comprenant la virole et la bride par rapport à l’environnement de l’application. De manière préférée, les ouvertures de fixations sont configurées pour pouvoir collaborer avec au moins un élément de boulonnerie comme, par exemple, des vis, des boulons ou encore des goujons d’ancrage. Cela permet avantageusement le maintien en position de la virole dans son environnement d’application. En effet, la transmission des efforts et l’efficacité de l’auto-amortissement sont préférentiellement dépendantes de la solidarisation de la virole à un bâti.
Selon un exemple, la virole est réalisée par fabrication additive et/ou par moulage.
Cela permet notamment la réalisation de formes complexes.
Selon un exemple, en coupe selon un plan perpendiculaire à l’axe principal, l’élément amortissant entoure une portion au moins de l’espace interne, l’espace interne étant configuré de sorte à permettre l’accueil d’un sous-ensemble.
Il est précisé que, dans le cadre de la présente invention, le terme « virole » ne limite aucunement les dimensions relatives de la virole, notamment le rapport entre sa dimension maximale prise selon l’axe principal et sa dimension maximale prise selon une direction perpendiculaire à l’axe principal.
On entend par « rigide », une aptitude de résistance qu’un matériau solide oppose aux efforts mécaniques de traction, de torsion ou encore de cisaillement. Dans la présente invention, la rigidité d’un matériau sera préférentiellement caractérisée par son module de Young. De manière préférée, dans la présente invention, il convient de considérer une rigidité globale de la virole comprenant un corps et au moins une cavité remplie d’un élément amortissant.
Le mot « amortissement » correspond à la caractérisation visqueuse, qui participe à la dissipation d’énergie dynamique.
Il convient de considérer « constant » en ce qui concerne les épaisseurs constantes comme pouvant accepter une variation inférieure à 5 %.
Des modes de réalisation de la présente invention vont maintenant être décrits en référence aux figures.
Un premier mode de réalisation d’un système intégrant une virole selon l’invention va être détaillée en référence aux figures 1A à 1 D.
Comme illustré sur ces figures, la présente invention comprend un système 1 comprenant une virole 10. La virole 10 présente un corps 100 qui comprend au moins une paroi interne 11 et une paroi externe 13.
La paroi interne 11 , orientée vers l’intérieur de la virole 10 et délimitant en partie au moins, un espace interne 12. Cet espace interne 12 est, par exemple, destiné à accueillir des sous-ensembles 2 (illustrés en figures 3) portés par la virole 10. Selon un exemple, le sous-ensemble 2 ou au moins certains des sous-ensembles 2 sont entièrement contenus dans l’espace interne 12. De préférence, tous les sous- ensembles 2 sont entièrement contenus dans l’espace interne 12. Ainsi ils ne forment pas saillie en dehors de l’espace interne 12. Ils sont entièrement supportés par la paroi interne 11. La paroi interne 11 s'étend selon un axe, désigné par la suite axe principal 121 de la virole 10. Il est parfaitement envisageable que la paroi interne 11 ne présente pas une symétrie de révolution ou que cette symétrie de révolution ne soit pas constante tout le long de l’axe principal 121. Ainsi, la section définie par la paroi 11 interne peut varier ou non le long de l’axe principal 121.
L’élément amortissant 200 entoure une portion au moins de l’espace interne 12. Il peut présenter un contour fermé selon une coupe perpendiculaire audit axe principal 121. L’élément amortissant 200 s’étend le long de l’axe principal 121 sur une portion au moins de la virole 10. Ainsi, l’élément amortissant 200 enveloppe une portion au moins de l’espace interne 12 ainsi que le ou les sous-ensembles 2 contenus dans l’espace interne 12. De préférence, le ou les sous-ensembles 2 ou au moins certains des sous-ensembles 2 sont entièrement contenus dans cette portion d’espace interne 12. Le ou les sous-ensembles 2 sont configurés pour être fixés dans cette portion d’espace interne 12. Par envelopper ou entourer on entend s’étendre sur une partie ou tout le pourtour de l’espace interne 12 autour de l’axe principal 121. De préférence, en coupe selon un plan perpendiculaire à l’axe principal 121 , au moins un sous-ensemble 2 est entouré par la surface interne 12 de sorte à maintenir en position l’au moins sous- ensemble 2 contre la virole 1. De préférence, le maintien s’effectue par contact radial continu de la paroi interne 11avec le sous-ensemble 2. L’espace interne 12 entourant entièrement le sous ensemble 2.
De manière préférée, en coupe selon un plan perpendiculaire à l’axe principal 121 , la portion de la virole 10 située entre l’espace interne 12 et la cavité 20 est en contact direct avec l’élément amortissant 200 d’une part et le sous-ensemble 2. Ainsi, sont successivement disposés dans ce plan perpendiculaire à l’axe principal 121 , le premier matériau, puis le deuxième matériau puis le premier matériau, puis le sous ensemble 2.
La paroi externe 13 du corps 10 est orientée vers l'extérieur de la virole 10. La paroi externe 13 peut s’étendre selon l’axe principal 121. Il est encore possible que la paroi externe 13 présente ou non une symétrie de révolution le long de l’axe principal 121. Selon un exemple, la paroi externe 13 présente une forme cylindrique.
Le corps 100 comprend au moins une cavité 20. Cette cavité 20 est située entre la paroi interne 11 et la paroi externe 13. La cavité 20 est remplie au moins partiellement et de préférence entièrement d’un élément amortissant 200. La cavité 20 est donc une forme ménagée dans le corps 100 de la virole 10. Autrement dit la cavité 20 est un vide aménagé dans le corps 100. Le corps 100 est fait d’au moins un premier matériau et l’élément amortissant 200 est fait d’au moins un deuxième matériau, différent du premier matériau.
Le premier matériau est plus rigide que le deuxième matériau. Typiquement, les modules de Young ET et E2, respectivement du premier et du deuxième matériau, sont choisis de sorte à ce que le rapport R=E1/E2 s 100. De préférence R=E1/E2 > 1000.
À titre d’exemple, E^ 1000 MPa. À titre d’exemple également E2< 100 MPa.
Pour le premier matériau, on pourra, par exemple, utiliser de l’aluminium, du titane ou de l’acier. Pour le deuxième matériau, on pourra, par exemple, utiliser un élastomère qui peut être compressible ou incompressible. On pourra, par exemple, utiliser du silicone.
Avantageusement, le deuxième matériau présente des propriétés amortissantes telles que son facteur d’amortissement tan(5) > 0,1 , de préférence tan(5) > 0,05.
En présentant cette structure combinant corps 1000 rigide et matériau amortissant 200 logé dans une ou des cavités 20 du corps rigide, la virole 10 selon l’invention permet à la fois d’assurer la fonction de structuration et à la fois d’améliorer considérablement la dissipation dynamique des sollicitations vibratoires. Ainsi, la virole proposée est auto-amortie.
Dans cet exemple non limitatif, la virole 10 présente, de plus, une face supérieure 16. Cette face supérieure 16 peut présenter au moins une ouverture d’injection 30. De manière préférée, il peut s’agir de plusieurs ouvertures d’injection 30, de préférence quatre ouvertures d’injection 30 sont réparties à 90° autour de l’axe principal 121. Au moins une ouverture d’injection 30 est configurée de sorte à permettre préférentiellement l’injection ou le passage de l’élément amortissant 200 à l’intérieur de la ou des cavités 20 de la virole 10. De manière préférée, le corps 100 comprend au moins deux ouvertures d’injection 30, réparties de manière équidistante entre elles autour de l’axe principal 121.
La virole 10 peut également être équipée, par exemple, à sa base 14, d’une bride 40 permettant la fixation de la virole 10 à tout autre ensemble mécanique, pouvant éventuellement être une source de sollicitations dynamiques. De manière préférée, la virole 10 et la bride 40 forment une pièce monolithique. Au moins une ouverture de fixation 41 présente sur la bride 40 est configurée de sorte à permettre préférentiellement la fixation du système 1 à un autre ensemble extérieur. La bride 40 peut comprendre au moins deux ouvertures de fixation 41 réparties de manière équidistante autour de l’axe principal 121. De manière préférée, il peut s’agir de quatre ouvertures de fixation 41 répartie à 90° autour de l’axe principal 121. Les ouvertures de fixation 41 sont configurées de sorte à permettre l’insertion d’éléments de fixations comme, par exemple, des éléments de boulonnerie, de préférence des vis, des boulons ou des goujons.
Comme illustré en figure 1 C, le système 1 est avantageusement compris entre un plan supérieur PT et un plan inférieur P2 de sorte à ce qu’une base 14 de la bride 40 repose sur le plan inférieur P2 et que la face supérieure 16 de la virole 10 se confonde avec le plan supérieur PT . La cavité 20 de la virole 10 est remplie de l’élément amortissant 200 de sorte à ce que l’espacement entre l’élément amortissant 200 et l’espace interne 12 corresponde à une épaisseur e10 du corps. L’épaisseur e10 entre la cavité 20 et la paroi interne 11 est par exemple constante le long d’un cercle passant par l’axe principale 121. Il convient, selon un exemple, d’envisager la base 14 du système 1 comme une face inférieure parallèle à la face supérieure 16. Dans ce mode de réalisation, on observe que la face supérieure 16 recouvre la cavité 20 et l’élément amortissant 200. Ainsi, l’élément amortissant 200 n’est pas accessible sauf, au droit des éventuelles ouvertures d’injection 30. Cela permet de confiner l’élément amortissant 200 à l’intérieur des cavités 20. L’élément amortissant 200 est alors protégé de l’environnement extérieur ce qui peut réduire voire empêcher son altération.
À cet effet, on prévoit, selon un exemple, que la virole 10 soit configurée de sorte à ce que : le corps 100 soit contenu entre deux plans PT et P2 et s’étendant selon la direction de l’axe principal 121 , l’au moins un élément amortissant 200 soit contenu entre les deux plans P1 et P2 est ne forme pas une saillie au-delà de l’un de ces plans.
La figure 1 D permet de visualiser le corps 100 et l’élément amortissant 200 selon une coupe perpendiculaire à l’axe principal 121. Dans cet exemple non limitatif, le corps 100 présente deux portions, ou anneaux, concentriques enserrant l’élément amortissant 200. L’élément amortissant 200 forme un anneau fermé, de forme circulaire. Sur cette vue en coupe, la surface occupée par le corps 100 est notée Si et la surface occupée par l’élément amortissant 200 est notée S2.
La première surface Si présente deux portions réparties avantageusement de manière concentrique entre un cercle intérieur formé par la section du plan de coupe avec la paroi interne 11 et un cercle extérieur formé par la section du plan de coupe avec la paroi externe 13. Entre ces deux portions qui forment la première surface Si, se situe la deuxième surface S2 telles que le rapport Rs = Si/S2 s 1/3 et de préférence Rs = Si/S2 — .
De manière préférée, la virole 10 présente une rigidité globale qui est fonction : du ratio des modules d’élasticité, entre le module de Young E1 du premier matériau et le module de Young E2 du deuxième matériau, de la proportion en surface, dans une coupe de la virole 10 selon un plan perpendiculaire à l’axe principal 121 entre la première surface S1 et la deuxième surface S2.
A la figure 2A est illustré un schéma rhéologique qui permet de représenter le comportement dynamique d’une virole 10 auto-amortie située de préférence entre une source de sollicitations dynamiques 3 et au moins un sous-ensemble 2 porté à l’intérieur de la virole 10. L’élément amortissant 200 ajoute ainsi à la virole 10, initialement plus rigide, une fonction d’amortissement dynamique. Le corps 100, assure une fonction de structuration mécanique. Il permet ainsi de supporter et de contenir les sous-ensembles 2 portés par la virole 10. L’élément amortissant permet de dissiper au sein même de la virole 10 une partie, voire toutes les vibrations de cette dernière. La virole ainsi proposée peut être qualifiée de virole auto-amortie.
Avantageusement, le matériau amortissant dissipe l’énergie lorsqu’il est sollicité dynamiquement en cisaillement. La combinaison du premier et du deuxième matériaux permet de maximiser le cisaillement du deuxième matériau amortissant lors d’une sollicitation dynamique dans la virole. Et cela, quelle que soit la direction des sollicitations dynamiques à sa base 14, qu’il s’agisse de sollicitations axiales ou radiales, et des déformations induites principalement en cisaillement. Ce constat permet de structurer la virole auto-amortie de manière axisymétrique.
Contrairement à une structure multicouche classique dans laquelle les matériaux de différentes natures se succèdent les uns sur les autres, la ligne de transmission des efforts est assurée par le premier matériau du corps 100. La virole 10 n’est pas configurée pour que l’élément amortissant 200 intervienne dans la ligne de transmission des efforts. Cela assure avantageusement une tenue de la virole 10 en cas d’usure du deuxième matériau, généré dans l’exemple d’un vieillissement.
L’association du premier matériau du corps 100 rigide et de l’élément amortissant 200 s’apparente plutôt à un assemblage en parallèle, comme cela est illustré par le modèle rhéologique en figure 2A. Sur ce modèle, une source de sollicitations dynamiques 3 soumet la virole 10 à des sollicitations dynamiques au niveau de la base 14 de la virole 10.
De préférence, le premier matériau, entoure ou emprisonne sous forme de « sandwich » l’élément amortissant 200 de sorte à permettre un maintien de la continuité d’une ligne de transmission des efforts au sein du corps 100. Cela permet avantageusement d’assurer une tenue du système 1 en cas de dégradation du deuxième matériau pouvant être, par exemple, causé par la dégradation de la virole 10 au cours du temps.
Ainsi, un élément extérieur à la virole, typiquement une source de sollicitations dynamiques, qui vient s’appuyer sur la virole 10, transmet des sollicitations au corps 100 sans passer directement par l’élément amortissant 200. Au moins une partie de ces sollicitations dynamiques est transmise à l’élément amortissant 200 uniquement via le corps 100.
Comme illustré à la figure 2B, la protection dynamique de sous-ensembles 2 soumis à une source de sollicitations 3, nécessite avantageusement l’ajout d’un système 1. Le système 1 remplissant le rôle d’un filtre dynamique tel un puit d’énergie en combinant une fonction de structuration mais également une fonction d’isolation dynamique,
La figure 3 illustre la virole des figures 1A à 1D associée à des sous-ensembles 2. Plus précisément, ces sous-ensembles 2 sont fixés et maintenus dans l’espace interne 12 de la virole 10. Ces sous-ensembles 2 sont représentés de manière très schématique. Il est également possible d'envisager des sous-ensembles 2 de dimensions variables et faits de matériaux différents. Les sous-ensembles 2 peuvent être en contact direct avec le corps 100. Ils peuvent être entièrement solidaires du corps 100 ou, selon les applications, être fixés à ce dernier en conservant un certain degré de mobilité. Dans cet exemple illustré, les sous-ensembles 2 sont de préférence compris entre le plan inférieur PT et le plan supérieur P2 définis à la figure 1C.
Le comportement de la virole 10 face aux sollicitations dynamiques qu’elle reçoit d’une source va donc dépendre par exemple : du poids des sous-ensembles 2, du choix du premier matériau, du choix du deuxième matériau, du dimensionnement de la virole.
De préférence et de manière générale, les performances et l’efficacité de la virole 10 vont également dépendre d’une fréquence de coupure visée au-delà de laquelle les sollicitations externes ne sont plus transmises au système 1 définissant ainsi un seuil d’amortissement maximal.
Description détaillée d’un mode de réalisation particulier
Un exemple de réalisation non limitatif va maintenant être décrit en détail en référence aux figures 4A et 4B. Dans cet exemple, le système 1 comprend la virole 10 et la bride 40.
On peut prévoir que la hauteur H150 du corps 100 de la virole 10 soit supérieure à la hauteur H25o de l’élément amortissant 200. De préférence, l’au moins une cavité 20 du corps 100 s’étend sur une portion importante de la hauteur H150 du corps. Les hauteurs H150 et H25o sont mesurées selon une direction parallèle à l’axe principal 121. À titre d’exemple avantageux, H25o>O.8 * H150 et de préférence H25o>O.8 * H150, tout en respectant H250<H150.
De préférence, l’élément amortissant 200 présente une largeur L20Q inférieure à la hauteur H250. Par exemple, L2Oo2O.5*H25O. La largeur L20Q est mesurée selon une direction perpendiculaire à l’axe principal 121.
La figure 4B donne un exemple de valeurs en millimètres des dimensions référencées à la figure 4A. Il s’agit d’un exemple d’un mode de réalisation d’une virole 10 de la présente invention.
Dans cet exemple, le premier matériau est de l’aluminium avec un module de Young de 71 GPa, un coefficient de Poisson de 0,3 et une densité de 2450 kg/m3. Le deuxième matériau est, par exemple, un silicone incompressible 72 Shore échelle A, d’un module de Young 51 MPa et un facteur de perte de 0,10 dans la gamme de fréquence considérée et une densité de 1400 kg/m3.
Les figures 5A et 5B sont des graphes illustrant les comportements, face à des sollicitations dynamiques, respectivement d’une virole selon l’exemple particulier décrit ci-dessus (figure 5A) et de la même virole mais sans cavité et sans élément amortissant (figure 5B).
Plus précisément, ces graphes représentent la fonction de transfert de l’accélération de la virole en fonction des fréquences des sollicitations vibratoires.
Pour réaliser les graphes des figures 5A et 5B, un seul sous-ensemble 2 d’une masse de 5 kg est fixé dans l’espace interne 12 des viroles. Des accélérations dynamiques sinusoïdales sont générées au niveau de la face inférieure de la virole 10, pour des fréquences comprises entre 100 Hz et 700 Hz. L’enregistrement de l’accélération au centre de gravité du sous-ensemble 2 permet d’obtenir la fonction de transfert du système 1 comme illustré en figures 5A et 5B. La représentation graphique obtenue permet de déterminer ; qu’avec la virole 10 selon l’invention (figure 5A), on observe une fréquence de coupure de 393 Hz avec un facteur d’amplification maximal de 18, qu’avec une virole classique (figure 5B), on observe pour cette même fréquence un pic dont la valeur tend vers l’infini. Ce pic reflète l’absence d’amortissement.
Il ressort de manière particulièrement claire sur ces graphes que la virole selon l'invention permet un amortissement considérable par rapport à une virole classique. Son efficacité en termes d’amortissement et de protection des sous-ensembles est donc particulièrement efficace.
Exemple de procédé de fabrication
Il pourra être particulièrement avantageux de réaliser la virole 10 intégrant au moins une cavité 20 à l’aide d’un procédé de fabrication additive notamment lorsque la forme du corps 100 est trop complexe à obtenir par des méthodes liées à des procédés classiques de soustraction de matière ou de moulage. La fabrication du corps 100 peut être effectuée de préférence à l’aide d’un dispositif d’impression tridimensionnelle (3D).
Le deuxième matériau est préférentiellement coulé ou injecté au sein du corps 100 afin de former l’élément amortissant 200. L’étape de remplissage par le deuxième matériau peut avoir lieu en aval de l’étape de fabrication du corps 100 de la virole 10. Pour cela, on peut injecter le deuxième matériau au travers des ouvertures d’injection 30.
La fabrication de la virole 10 s’effectue donc de préférence en deux étapes distinctes pouvant correspondre à deux procédés de fabrication différents: la réalisation d’un corps 100 comprenant au moins une cavité 20, une deuxième étape concernant le remplissage de l’au moins une cavité 20.
Selon un autre mode de réalisation, on peut prévoir que le matériau amortissant soit également formé par fabrication additive. Pour cela on peut recourir aux machines d’impression 3D qui permettent de déposer deux matériaux différents (i.e., le premier et le deuxième matériau), au cours de la fabrication de la virole 10. Ainsi, le corps 100 et l’élément amortissant 200 sont avantageusement fabriqués et assemblés simultanément. Ce procédé permet avantageusement une optimisation du temps de réalisation de la virole 10 de la présente invention.
Les procédés de réalisation comprenant basés sur une fabrication additive permettent avantageusement la réalisation de formes complexes comme, par exemple, des cavités 20 ou des formes nécessitant habituellement par moulage des contre- dépouilles et des noyaux. Ces formes étant obtenues généralement par des procédés de fabrication complexes. De plus, ce mode de fabrication 3D associé à une stratégie d’impression bien établie comme la disposition précise des pièces dans une imprimante permet une optimisation avantageuse des coûts de fabrication. En outre, un procédé de fabrication additive offre préférentiellement un plus large choix de matériaux que les procédés classiques de fabrication de pièces creuses comme, par exemple, le moulage.
Exemples de modes de réalisation alternatifs
Le mode de réalisation décrit ci-dessus en référence aux figures 1A à 1 D n’est pas limitatif et de nombreuses variantes peuvent être envisagées. Les figures 6A à 7 illustrent quelques-unes de ces variantes.
Toutes les caractéristiques structurelles et fonctionnelles ainsi que les avantages techniques et procédés de réalisation décrits ci-dessus sont parfaitement applicables et combinables aux modes de réalisation qui vont être détaillés ci-dessous en référence aux figures 6A à 7. Par ailleurs, sauf mention contraire, les caractéristiques des variantes décrites ci-dessous peuvent être combinées entre elles.
Dans l’exemple illustré à la figure 6A, la virole 10 comprend plusieurs cavités 20, remplies au moins partiellement de l’élément amortissant 200. Ces cavités 20 peuvent être parfaitement distinctes, c’est-à-dire qu’elles ne communiquent pas entre elles. Alternativement, ces cavités peuvent être en communication fluidique via des passages. Ces passages peuvent faciliter le remplissage de plusieurs cavités à partir d’une même ouverture d’injection. Dans cet exemple, la virole 10 comprend quatre cavités 20. Les cavités 20 peuvent être identiques et réparties de manière symétrique par rapport au centre du cercle formé par l’intersection de la paroi interne 11 avec un plan perpendiculaire à l’axe principal 121. De manière préférée, ce mode de réalisation peut s’étendre à d’autres configurations similaires comprenant 2, 3, 5 ou davantage cavités réparties de manière équidistante autour de l’axe principal 121. Il est également possible d’envisager le fait que la virole 10 peut, par exemple, comprendre une ou plusieurs cavités 20 réparties de manière non régulière autour de l’axe principal 121.
Ce mode de réalisation permet de garantir un équilibre de la répartition des masses au sein du corps 100 afin d’obtenir un amortissement homogène. Il est encore possible d’envisager un remplissage des cavités par des matériaux différents. Cela peut permettre de moduler avec une grande précision le comportement de la virole en termes de réponse aux sollicitations dynamiques et à transmission de charge. Sur l’exemple illustré à la figure 6B, le corps 100 comprend une seule cavité 20 remplie au moins partiellement par l’élément amortissant 200. La cavité 20 ainsi que l’élément amortissant 200 ne présentent pas un contour fermé dans une coupe selon un plan perpendiculaire à l’axe principal 121. La cavité 20 ainsi que l’élément amortissant 200 s’étendent sur une portion seulement d’anneau. Elles forment ainsi chacune un anneau ouvert. Dans cet exemple, la section de la cavité 20, correspondant à la deuxième surface S2, représentée dans un plan de coupe, s’étend radialement selon secteur angulaire de 270°. Il est parfaitement possible d’envisager un secteur angulaire plus faible ou plus grand, en fonction du comportement que l’on souhaite donner à la virole. Cette variation peut s’avérer plus efficace lorsque la virole est soumise à des sollicitations réparties de manière non homogène. Ce mode de réalisation permet une grande adaptabilité du système à un large champ d’applications.
Sur l’exemple illustré à la figure 6C, la répartition du premier matériau entourant la cavité 20 peut être non constante radialement. Ainsi, les contours de la surface S2 ne sont pas circulaires et présentent des irrégularités. Cela permet une plus grande adaptabilité du système à un large champ d’applications. Cette configuration ne se limite pas à ce seul mode de réalisation et peut s’étendre par combinaison aux autres modes de réalisation représentés aux figures 1D, 6A, 6B et 6D.
Sur l’exemple illustré en figure 6D, la virole 10 présente au moins deux cavités 20 successives selon direction radiale. Sur cet exemple, selon une coupe perpendiculaire à l’axe principal 121, la section de la virole 10 révèle deux cavités 20 concentriques, séparés par une portion du corps 100. Il est possible d’envisager d’étendre ce mode de réalisation à des cavités à des contours non circulaires, pouvant par exemple présenter des irrégularités comme dans le mode de réalisation illustré à la figure 6C. Le fait d’inclure de manière concentrique plusieurs cavités 20 permet une alternance structurelle entre le premier matériau et le deuxième matériau. Il convient ainsi d’étendre ce mode de réalisation particulier à un corps comprenant au moins deux cavités. Cette configuration ne se limite pas à ce seul mode de réalisation et peut s’étendre par combinaison de formes aux autres modes de réalisation représentés aux figures 1D, 6A, 6B et 6C.
Comme illustré à la figure 7, la virole 10 peut être configurée de sorte à ce que le corps 100 comprenne une face supérieure 16 partiellement ou entièrement ouverte de sorte à laisser le deuxième matériau 200 en partie accessible. De manière préférée, le corps 100 et l’élément amortissant 200 sont configurés de sorte à former un alignement de plan selon la face supérieure 16. Il est également possible d’envisager un mode de réalisation dans lequel au moins l’une des cavités est entièrement fermée. Cela permet un enfermement total de l’élément amortissant au sein du corps de la virole. Ainsi, le deuxième matériau de cette cavité fermée au moins est protégé par le premier matériau de l’environnement extérieur car il n’est pas accessible depuis l’extérieur de la virole.
Selon un mode de réalisation particulier, la virole 10 peut comprendre plusieurs parties configurées pour être assemblées entre elles. Cet assemblage comprend par exemple des d’éléments de boulonnerie et/ou de la colle.
Exemples d’applications
La virole selon la présente invention trouve des applications avantageuses dans de nombreux domaines industriels et scientifiques. Par exemple elle trouve des applications dans l’aéronautique ou l’aérospatiale. La virole pourra par exemple former une partie au moins de la structure d’un propulseurs de fusée, d’un booster de fusée ou encore d’une coiffe de fusée. Ainsi, la virole amortie peut protéger les équipements ou sous-ensembles situés sous la coiffe par exemple.
Une virole selon l’invention peut également former entièrement ou en partie le carter d’un moteur d’avion. Dans ce cas, la virole amortie peut dissiper la transmission des vibrations depuis le moteur jusqu’aux ailes de l’avion.
Une virole selon l’invention peut également former entièrement une partie du manchon d’un bras de robot industriel, typiquement un robot multiaxes. La virole amortie peut alors diminuer efficacement les vibrations du bras sur son bâti ou sa table d’accroche.
Dans tous ces domaines, la virole selon l’invention permet de dissiper les vibrations qui peuvent endommager la virole ou les sous-ensembles qu’elle contient.
L’invention n’est pas limitée aux modes de réalisations précédemment décrits et s’étend à tous les modes de réalisation couverts par les revendications. LISTE DES REFERENCES
1. système
10. virole
100. corps
11. paroi interne
12. espace interne
121. axe principal
13. paroi externe
14. base e10. épaisseur du corps
16. face supérieure
20. cavité
30. ouverture d’injection
40. bride
41. ouverture de fixation
200. élément amortissant
51. première surface
52. deuxième surface
PT . plan supérieur
P2. plan inférieur
H150. hauteur du système
H250. hauteur de la cavité
L2OO largeur de la cavité
2. sous-ensemble
3. source de sollicitation

Claims

22 REVENDICATIONS
1. Virole (10) comprenant : un corps (100) fait d’un premier matériau, le corps (100) comprenant : i. une paroi interne (11), orientée vers l’intérieur de la virole (10) et délimitant en partie au moins, un espace interne (12), la paroi interne (11) s'étendant selon un axe principal (121) de la virole (10), ii. une paroi externe (13) orientée vers l'extérieur de la virole (10), caractérisée en ce que le corps (100) comprend au moins une cavité (20), située entre la paroi interne (11) et la paroi externe (13) et entièrement entourée, au moins selon une coupe prise dans un plan perpendiculaire à l'axe principal (121), par le premier matériau, la paroi interne (11) étant configurée de sorte à permettre la fixation d’au moins un sous-ensemble (2) dans l’espace interne (12), la paroi externe (13) présentant une forme de révolution, la virole (10) comprenant dans la cavité (20) un élément amortissant (200) en un deuxième matériau différent du premier matériau, le premier matériau et le deuxième matériau présentant un rapport R=E1/E2 s 100, et de préférence R=E1/E2 s 1000, avec ET le module de Young du premier matériau et E2 le module de Young du deuxième matériau.
2. Virole (10) selon la revendication précédente dans laquelle E^ 1000 MPa et/ ou E2<100 MPa.
3. Virole (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle, dans une coupe prise selon un plan perpendiculaire à l'axe principal (121), le premier matériau du corps (100) occupe une première surface S1 et le deuxième matériau occupe une deuxième surface S2, la virole (10) étant conformée de sorte que le rapport S1/S2 <1/3 et de préférence S1/S2 <1/4.
4. Virole (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle le deuxième matériau présente des propriétés amortissantes telles que son facteur d’amortissement tan(5) > 0,10 de préférence tan(5) > 0,05.
5. Virole (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle le deuxième matériau est un élastomère, de préférence du silicone.
6. Virole (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle le premier matériau est un métal, de préférence pris parmi l’acier, aluminium, le titane ou encore il peut s’agir d’une matière plastique comme du PEEK (polyetheretherketone) ou du PMMA (Polyméthacrylate de méthyle).
7. Virole (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant au moins deux cavités (20, 20) distinctes.
8. Virole (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel le corps (100) présente une face supérieure (16) comprenant au moins une ouverture d’injection (30) permettant d’accéder à l’au moins une cavité (20), de sorte à laisser le deuxième matériau accessible.
9. Virole (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant plusieurs ouvertures d’injection (30), réparties autour de l’axe principal (121), de préférence réparties de manière équidistante les unes des autres.
10. Virole (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7 dans laquelle l’au moins une cavité (20) est entièrement fermée.
11. Virole (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle la paroi interne (11) au moins présente une forme de révolution.
12. Virole (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, formant une partie au moins de l’un parmi : une coiffe de fusée, un carter de moteur d’avion, un bras de robot multiaxes.
13. Virole (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle, en coupe selon un plan perpendiculaire à l’axe principal (121), l’élément amortissant (200) entoure une portion au moins de l’espace interne (12), l’espace interne (12) étant configuré de sorte à permettre l’accueil d’au moins un sous- ensemble (2).
14. Ensemble comprenant une virole (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 13 ainsi qu’au moins un sous-ensemble (2) fixé dans l’espace interne (12).
15. Appareil comprenant une virole (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, l’appareil étant pris parmi les ensembles suivants : un propulseur de fusée, une fusée, un moteur d’avion, un robot multiaxes.
16. Système (1) comportant une virole (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 13 ainsi qu’une bride (40), solidaire de la virole (10), la bride (40) comportant au moins une ouverture de fixation (41) destinée à coopérer avec au moins un élément de fixation (31), tel qu’une vis.
17. Procédé de fabrication d’une virole (10) comprenant les étapes suivantes : réalisation d’un corps (100) en un premier matériau, le corps (100) comprenant : i. une paroi interne (11), orientée vers l’intérieur de la virole (10) et délimitant en partie au moins un espace interne (12), la paroi interne (11) s'étendant selon un axe principal (121) de la virole (10), la paroi interne (11) étant configurée de sorte à permettre la fixation d’au moins un sous-ensemble (2) dans l’espace interne (12), ii. une paroi externe (13) orientée vers l'extérieur de la virole (10), la paroi externe (13) présentant une forme de révolution, iii. une cavité (20), située entre la paroi interne (11) et la paroi externe (13) et entièrement entourée, au moins selon une coupe prise dans un plan perpendiculaire à l'axe principal (121), par le premier matériau, remplissage de la cavité (20) avec un deuxième matériau différent du premier matériau, le premier matériau et le deuxième matériau présentant un rapport R=E1/E2 >100et de préférence R=E1/E2 >1000, avec E1 le module de Young du premier matériau et E2 le module de Young du deuxième matériau.
18. Procédé selon la revendication précédente dans lequel au moins le corps (10) est réalisé par fabrication additive et/ou par moulage.
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