Pieza estructural con capacidad de disipación de energía.

Pieza estructural (13) apta para disipar la energía liberada durante un choque que solicite a la citada pieza en compresión según un eje Z,

que comprende un alma (131) que presenta dos caras opuestas (133), caracterizada por que la pieza comprende:

- una ventana pasante (134) que se extiende entre las citadas caras opuestas del alma, que divide a la citada alma en dos partes principales dispuestas sucesivamente según el eje Z, denominadas respectivamente primera parte (135) y segunda parte (136),

- y un dispositivo denominado de disipación de energía que comprende medios de corte (112, 122) dispuestos en el interior de la citada ventana y aptos para asegurar el corte de al menos una de las citadas partes del alma en láminas (139) bajo el efecto de un esfuerzo de compresión ejercido sobre la citada pieza según el eje Z, y medios (113, 123) de salida de las láminas así formadas.

Pieza estructural con capacidad de disipación de energía La presente invención concierne a una pieza estructural de tipo apta para disipar la energía liberada durante un choque que la solicite en compresión según un eje determinado, hasta la rotura, especialmente en caso de colisión.

Una pieza de este tipo está descrita en el documento FRâ?"A1-2903961 que divulga un elemento estructural de célula de giroavión.

Un ámbito de aplicación particularmente preferido de la invención es el ámbito aeronáutico, en el cual la pieza estructural puede ser puesta en práctica ventajosamente como pieza denominada de colisión para una aeronave, es decir una pieza que participa en la disipación local de la energía liberada durante una colisión. La invención se aplica sin embargo igualmente a cualquier otro ámbito en el cual sea ventajoso poner en práctica un sistema de disipación local de energía, en particular para el caso de colisión, especialmente pero no limitativamente en el ámbito de los vehículos de Fórmula 1.

En el contexto de aplicación del ámbito aeronáutico preferido de la invención, que será descrito de modo más particularmente detallado en la presente descripción, aunque no siendo ésta en modo alguno limitativo, se entiende por pieza estructural cualquier pieza que entre en la constitución de una estructura, se trate tanto de una estructura denominada primaria, es decir que deba soportar elevadas cargas mecánicas, como de una estructura denominada secundaria de aeronave, es decir que deba soportar bajas, incluso ninguna, cargas mecánicas. Así, la pieza de acuerdo con la invención puede ser, o entrar en la constitución de, un marco de fuselaje de la aeronave, especialmente del avión o del helicóptero, un larguero, un travesaño, una viga sinusoidal denominada viga de colisión, es decir cuya alma presente una ondulación a fin de presentar una resistencia incrementada al pandeo en una dirección, etc.

En el ámbito aeronáutico, existe una necesidad creciente de integrar la función de disipación local de energía en caso de colisión en las piezas estructurales que son puestas en práctica, especialmente en las piezas constituidas de material compuesto a base de fibras de refuerzo.

Los sistemas o piezas existentes actualmente para la disipación local de energía en caso de colisión están generalmente constituidos de tubos, de bielas, de vigas sinusoidales, de cajones, etc. Cuando estos son aplicados a las estructuras de materiales compuestos, estos sistemas están concebidos para favorecer en caso de colisión, bajo el efecto de un esfuerzo de compresión aplicado según una dirección predeterminada, un modo de rotura por recalcado/fragmentación, que favorece el establecimiento progresivo de diferentes tipos de degradaciones intrínsecas de los pliegues de materiales compuestos (fisuras) y de las interfaces (deslaminado) , es decir un modo de rotura por aplastamiento local según el sentido del esfuerzo, más bien que un modo de rotura por pandeo, es decir por plegado, o por rotura violenta, con desalineación de los trozos que deslizan uno al lado de otro. El modo de rotura por recalcado/fragmentación macroscópica presenta especialmente la ventaja de generar pocos desplazamientos en el sentido del esfuerzo aplicado sobre la pieza, y de disipar una cantidad de energía mucho mayor que los modos de rotura por pandeo y rotura violenta.

En el caso de piezas metálicas, debido a su naturaleza dúctil, estos sistemas favorecen una rotura por recalcado que puede parecerse a una deformación o a un pandeo localizado. En caso de colisión, este modo de rotura en el sentido del esfuerzo es igualmente más disipativo que un pandeo generalizado o una rotura violenta de la pieza.

En caso de colisión, la iniciación local de la rotura está asegurada por la utilización de un elemento denominado desencadenante, por ejemplo una variación de espesor local, un corte local, un impacto, etc., que permite controlar el lugar de iniciación de la rotura y el nivel de esfuerzo especificado. Esta función parece actualmente relativamente bien controlada.

Sin embargo, subsiste una necesidad de mejora del control de la degradación de la pieza estructural una vez iniciada la rotura, a fin de optimizar la cantidad total de energía disipada. Esta necesidad de controlar la degradación se considera tanto más importante en el caso de las piezas estructurales de secciones abiertas y que presenten caras planas, que son menos estables, y por tanto mucho más sensibles al pandeo y a roturas violentas, que los tubos o los cajones.

A fin de paliar este problema, soluciones propuestas por la técnica anterior consisten en ensamblar a las piezas estructurales sistemas adicionales cuya función sea disipar la energía por una rotura controlada que se produzca en estos sistemas. Tales sistemas presentan sin embargo los inconvenientes de un diseño y de modos de cargas mecánicas complejos, así como una capacidad de disipación de energía intrínsecamente limitada por sus dimensiones.

La presente invención está destinada a poner remedio a los inconvenientes de los sistemas de disipación local de energía existentes, especialmente a los expuestos anteriormente, proponiendo un sistema de este tipo que permita un gran control de la disipación de la energía liberada durante una colisión, y esto para cualquier tipo de pieza y especialmente para las piezas de tipo de secciones abiertas y caras planas. La invención está destinada igualmente

a permitir una disipación de una cantidad importante de energía, al tiempo que asegure que este sistema sea de diseño y de puesta en práctica simples.

A tal efecto, de acuerdo con la presente invención se propone una pieza estructural apta para disipar la energía liberada durante un choque que solicite a esta pieza en compresión según un eje Z, que comprende un alma que presenta dos caras opuestas y que comprende:

- una ventana pasante que se extiende entre las caras opuestas del alma, que divide el alma en dos partes principales dispuestas sucesivamente según el eje Z, denominadas respectivamente primera parte y segunda parte, -y un dispositivo denominado de disipación de energía que comprende medios de corte dispuestos en el interior de la ventana y aptos para asegurar el corte de al menos una de las partes del alma en láminas bajo el efecto de un esfuerzo de compresión ejercido sobre la pieza según el eje Z, y medios de salida de las láminas así formadas.

La pieza estructural de acuerdo con la invención asegura ventajosamente, bajo el efecto de un esfuerzo de compresión ejercido sobre ésta según el eje Z, una disipación de la energía así liberada que se efectúa por degradación de su propia estructura, por corte o trituración. Tal modo de degradación permite ventajosamente una disipación controlada de una cantidad importante de energía. Tal sistema es además aplicable a cualesquiera tipos de piezas. Éste está perfectamente adaptado especialmente a las piezas estructurales que presentan secciones abiertas, y caras planas. Cualquier pieza existente puede además ser modificada fácilmente por formación de la ventana, por ejemplo por corte en su espesor y ensamblaje del dispositivo de disipación de energía en una configuración operativa, para llegar a una pieza estructural de acuerdo con la invención.

La invención puede ser puesta en práctica de acuerdo con los modos de realización ventajosos que seguidamente se exponen, los cuales pueden ser considerados individualmente o según cualquier combinación técnicamente eficaz.

En modos de realización preferidos de la invención, los medios de corte del dispositivo de disipación de energía son aptos para asegurar un corte integral de la parte del alma en toda la dimensión de la ventana medida perpendicularmente al eje Z, optimizando así la cantidad de material degradado y por consiguiente la cantidad de energía disipada consecutivamente al choque.

De acuerdo con una características ventajosa de la invención, la pieza comprende medios de mantenimiento de la alineación de la primera parte y de la segunda parte del alma una con respecto a la otra según el eje Z, asegurando además estos medios, ventajosamente, consecutivamente a un choque ejercido sobre la pieza según el eje Z, el guiado de la pieza que hay que cortar hacia la zona de corte. Esto permite la degradación de la pieza en una gran longitud, y por consiguiente la disipación de una cantidad importante de energía, al mismo tiempo que un buen control de esta disipación. Estos medios de mantenimiento están incluidos especialmente en el dispositivo de disipación de energía.

En modos de realización particularmente preferidos de la invención, el dispositivo... [Seguir leyendo]

1. Pieza estructural (13) apta para disipar la energía liberada durante un choque que solicite a la citada pieza en compresión según un eje Z, que comprende un alma (131) que presenta dos caras opuestas (133) , caracterizada por que la pieza comprende:

- una ventana pasante (134) que se extiende entre las citadas caras opuestas del alma, que divide a la citada alma en dos partes principales dispuestas sucesivamente según el eje Z, denominadas respectivamente primera parte (135) y segunda parte (136) , -y un dispositivo denominado de disipación de energía que comprende medios de corte (112, 122) dispuestos en el interior de la citada ventana y aptos para asegurar el corte de al menos una de las citadas partes del alma en láminas (139) bajo el efecto de un esfuerzo de compresión ejercido sobre la citada pieza según el eje Z, y medios (113, 123) de salida de las láminas así formadas.

2. Pieza de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que los medios de corte (112, 122) son aptos para asegurar un corte integral de la citada parte del alma (131) en toda una dimensión de la ventana (134) medida perpendicularmente al eje Z.

3. Pieza de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizada por que comprende medios (111, 121) de mantenimiento de la alineación de la primera parte (135) y de la segunda parte (136) del alma (131) una con respecto a la otra según el eje Z.

4. Pieza de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por que el dispositivo de disipación de energía comprende dos elementos (11, 12) fijados respectivamente contra cada una de las caras opuestas (133) del alma (131) , al menos un primer elemento (11) que está provisto de una serie de salientes de corte (112) que se extienden en el interior de la citada ventana (134) desde la cara de fijación (133) correspondiente y un segundo elemento (12) que está provisto de aberturas (123) dispuestas cada una enfrente de un saliente, para la salida de láminas de pieza (139) cortadas por los citados salientes.

5. Pieza de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizada por que cada uno de los citados elementos (11, 12) está provisto de una serie de salientes de corte (112, 122) y de aberturas (113, 123) dispuestos en alternancia, quedando los salientes de un elemento dispuestos enfrente de las aberturas del elemento opuesto.

6. Pieza de acuerdo con una de las reivindicaciones 4 o 5, caracterizada por que cada saliente (112, 122) de un elemento (11, 12) presenta una superficie (1120, 1220) inclinada en dirección a la abertura (123, 113) llevada por el elemento opuesto dispuesto enfrente.

7. Pieza de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizada por que los salientes (112, 122) se extienden desde una de las citadas caras (133) hasta la cara opuesta.

8. Pieza de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, caracterizada por que los dos elementos (11, 12) están fijados uno al otro, preferentemente a nivel de la ventana (134) .

9. Pieza de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 8, caracterizada por que los elementos (11, 12) están fijados al alma (134) únicamente a nivel de la citada segunda parte (136) , y por que se extienden respectivamente a lo largo de cada cara de la citada primera parte (135) .

10. Pieza de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 9, caracterizada por que uno de los citados elementos (12) comprende un tope (125) que se extiende perpendicularmente al eje Z, estando el citado tope en contacto con un borde (137) de la segunda parte (136) definido por la ventana (134) .

11. Pieza de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada por que comprende además medios de iniciación local de rotura bajo el efecto de un esfuerzo de compresión ejercido sobre la citada pieza según el eje Z, siendo los citados medios aptos para iniciar la citada rotura a nivel de la citada ventana (134) .

12. Pieza de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada por que está formada de materiales compuestos.