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WO2001002663A1 - Structure de poutre et procede de realisation de telles structures - Google Patents

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WO2001002663A1
WO2001002663A1 PCT/BE2000/000079 BE0000079W WO0102663A1 WO 2001002663 A1 WO2001002663 A1 WO 2001002663A1 BE 0000079 W BE0000079 W BE 0000079W WO 0102663 A1 WO0102663 A1 WO 0102663A1
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WO
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beam structure
metal
structure according
assembly
core
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/BE2000/000079
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English (en)
Inventor
Richard Kergen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ArcelorMittal Liege Upstream SA
Original Assignee
Cockerill Sambre SA
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Publication date
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Priority to AU57985/00A priority patent/AU770680B2/en
Priority to EP00943492A priority patent/EP1190148B1/fr
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    • E04C2003/0473—U- or C-shaped

Definitions

  • the present invention relates to a composite beam structure.
  • the present invention also relates to a method for producing such a beam structure.
  • the conventional "I" beam which includes two soles connected by a core
  • the conventional "I" beam is a good compromise, because it is the material located at the soles which will determine the moment of inertia.
  • the stresses and strains vary linearly in the section: they are zero at the neutral fiber and increase to become maximum at the point furthest from the neutral fiber.
  • the core which joins the two soles is therefore the seat of the bending stresses linked to the local moment, of the shear stresses linked to the shearing force. local, and compression constraints determined by local loading.
  • document FR-A-1 312 864 describes an "I" beam consisting of three welded parts and in particular having a first low carbon steel sole and a second high steel sole carbon. This last sole is intended to be used as a rail.
  • the present invention aims to provide a beam structure which reduces the weight thereof while allowing the use of steel sheets with high mechanical characteristics.
  • the present invention also aims to allow the realization, and this productively, of beam structures having a variable section.
  • the present invention also relates to the method of producing a beam structure as described above, and this in a particularly productive manner.
  • the present invention relates to a beam structure comprising at least one sole made of at least one first metal and at least one core made of at least one second metal, said core being assembled from essentially perpendicular to said sole, said sole and said core being in sheet or sheet metal, characterized in that: the first metal has a high or very high yield strength, associated with a yield strength / tensile strength ratio close to 1; the second metal has an elastic limit substantially lower than that of the first metal; the second metal has a yield strength / tensile strength ratio substantially less than 0.9 and less than the value of said ratio presented by the first metal.
  • the first metal is a steel having an elastic limit greater than 400 MPa or an aluminum alloy having an elastic limit greater than 200 MPa.
  • the cores can have an undulation, and in particular a succession of punctures or openings in the longitudinal direction of the beam structure.
  • the beam structure comprises at least two flanges, at least one of which is made of the first metal, essentially parallel to each other, and assembled, in an essentially perpendicular manner, has at least one element made in the second metal in order to achieve a soul.
  • the two soles are made of the same metal, possibly with different thicknesses, or in separate metals, a first sole being made of a metal having a yield strength / breaking load ratio which is different from that of the metal making the other sole.
  • the beam structure comprises at least two essentially parallel flanges between them and interconnected by at least two cores also essentially parallel to each other, where the soles and the cores are made of metallic materials which are distinct by their nature, their mechanical properties or their thickness.
  • the beam structure has a section which is not constant and which varies according to the height and / or the width of said structure.
  • the invention also relates to a method of assembling components of a beam structure, as described above, characterized in that one carries out the assembly of at least two elements components for forming a junction section by a fusion joining process such as spot welding.
  • the assembly of at least two constituent elements in order to form a junction section is achieved by an assembly process by rivets, by simple crimping, by clinching.
  • the assembly of at least two constituent elements with a view to forming a junction section is carried out by an assembly process by hem crimping.
  • the ratio of the hem radius to the sum of the thicknesses of the various constituent elements along the junction section is preferably between 2 and 10.
  • the ratio of the difference between the hem radius and the thickness of the outermost component with the thickness of the innermost component is preferably greater than 2 and the thickness ratio of the two elements is , preferably, less than 4.
  • the mechanical assembly operations are carried out using a press.
  • the assembly by hem crimping is carried out in the same press cycle.
  • Figure 1 shows a sectional view of a typical section of a beam structure according to the present invention.
  • FIG. 2 represents an exemplary embodiment of a particular core used for a beam structure according to the present invention, and in particular as shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 represents another example of execution of a core which can be used for a beam structure, and in particular as shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 represents the assembly produced by hem of different pieces to achieve a beam structure as shown in Figure 1.
  • FIG. 5 shows all of the tools intended to produce a press hem assembly as shown in FIG. 4.
  • Figure 6 shows a sectional view of a beam member with variable section along the line AA 'and along the line BB'.
  • 7 shows a block diagram of a tool operating by press to allow the production of a beam structure according to the present invention, and in particular as shown in Figure 1.
  • Figures 8 illustrate the principle of locking the relative sliding of the core relative to the sole in the hem assembly, by nesting using a cut of alternating slots.
  • Figures 8a and 8b show the two sheets just before making the hem.
  • the proposed solution is based on the use of at least two metallic materials, in sheet or sheet metal, distinct by their nature, their mechanical properties or their thickness in in order to achieve a more elaborate structure. More specifically, the present invention proposes to use steels with high mechanical characteristics in combination with more ductile steels to produce a beam structure of optimized weight and possibly having a scalable section according to certain embodiments. It is therefore a composite structure produced from at least two metallic materials which are distinct in nature, mechanical properties or in thickness.
  • the maximum stress level is reached at the flanges.
  • the material chosen to make these soles must therefore have as high an elastic limit as possible. It is essentially the section of the sole that determines the moment of inertia: we must therefore be able to adjust width and thickness to optimize resistance and bulk.
  • the flanges may possibly be made of two metallic materials which are at least different in nature, mechanical properties or thickness, for example to optimize the weight of the beam as a function of stresses or space constraints.
  • the core which connects the soles is subjected to bending but above all is the seat of shear stresses and can be locally stressed in compression.
  • a minimum metal thickness This can be achieved by giving the webs a geometry improving their buckling resistance. This implies that the metal used for the cores must have a better ductility than the metal used for the soles, that is to say a lower yield strength / breaking load ratio, and certainly less than 0.9.
  • FIG. 1 A typical section corresponding to one invention is shown in Figure 1.
  • the soles 1 and 1 ' are made of sheet metal or sheet metal having a very high yield strength (HLE, THLE or UHLE), a low carbon steel, for example.
  • the elastic limit is chosen as high as possible.
  • steel it will be located in a range of 400 to 1500 MPa, for aluminum between 200 and 800 MPa: the metal can then have a very limited shaping capacity.
  • the ductility is well reflected by the yield strength / breaking load ratio.
  • this ratio is significantly less than 1, of the order of 0.5, and for alloys with high mechanical properties, this ratio will tend towards 1, being then associated with a very limited shaping capacity.
  • the level of elastic limit associated with this low shaping capacity depends on the family of alloy considered. Thus, for steels this limit can be situated from 600 to 800 MPa depending on the grade considered.
  • the cores 2 and 2 ' are made of a sheet metal or sheet metal having a better ductility than the metal of the soles, therefore of a level of yield strength to breaking strength significantly lower, and in all case less than 0.9.
  • the cores 2 and 2 ′ are not planar but have, for example, a corrugation 3.
  • a typical embodiment of the cores is shown in FIG. 2. The objective of this corrugation is to reinforce the resistance to buckling of the cores: we can thus significantly reduce their thickness.
  • the soles and the souls are joined at the junction zones 4 by a welding or mechanical assembly process.
  • welding processes one can consider for example spot welding, seam welding, laser welding, diffusion welding, brazing.
  • mechanical assembly methods should preferably be considered such as assembly by rivets, assembly without rivet by local deformation known as clinching, crimping.
  • a particularly interesting variant of the assembly process is the hem assembly.
  • This type of assembly applied for example for cans can be carried out with the press or by rotary tools of the wheel type.
  • a typical example of this type of assembly applied to the present invention is shown in FIG. 4.
  • a hem 7 is produced at each junction zone sole 1 / core 2.
  • the advantage of this type of assembly is twofold : due to its geometry, it contributes to strengthening the structure and it can be produced using very productive processes such as a stamping press or a profliage machine.
  • This drawback can easily be remedied, for example by interposing an adhesive between the two sheets of metal at the hem, by performing local fusion welds or preferably by locally crushing the hem with a tool.
  • press comprising for example an indentor punch in the shape of a "V" terminated by a rounding and a flat anvil. This operation can be carried out with the press in a very productive way.
  • a tool can indeed be designed to simultaneously realize the insertion of two hemlines at the minus, the indentation pitch being of the order of 5 to 10 times the outside diameter of the hem.
  • the width of the teeth 20 is slightly less than that of the intervals 21.
  • Figure 5 shows an example of tools for performing this assembly by hem press.
  • the soles 1 and the cores 2 are prepared for the formation of the hem as indicated in 9: they receive a preform which initiates the hem.
  • the parts are then placed in the tool which is composed of the movable elements 10, 10 'and 11, 11'. These elements are therefore first discarded, horizontally for 11 and 11 ', vertically for 10 and 10'.
  • the elements 10 and 10 'are then brought into the position indicated in FIG.
  • the elements 11 and 11 ' the tools 8, 8', 8 '' and 8 ''are then in the situation indicated for the tool 8.
  • the tools 8 are then moved simultaneously or successively to form hem and be in the position indicated by 8 ', 8''and8'''.
  • This type of tool can be mounted on a press, the elements 11 being set in motion by a cam system generating a horizontal movement when the press is closed, the elements 10, 8 and 8 'being put into action by the upper slide of the press: 10 is spring-mounted and its stroke is limited by a stop not shown, 8 and 8 ′ are directly fixed to the press slide.
  • the element 10 rests on the press table and is therefore fixed, the tools 8''and8''' being actuated by a lower slide of the press.
  • This type of assembly method by press tool makes it possible to produce shapes whose section is not constant: the distance between the flanges 1 and 1 ′ and between the webs 2 and 2 ′ varies.
  • Figure 6 shows a view of a beam element with variable section: section A-A 'is wider and higher than section B-B'.
  • this type of hem assembly can also be achieved using knurled tools according to methods known elsewhere. The system can then be integrated into a profiling line.
  • Figure 7 shows the block diagram of such an assembly by rollers.
  • Two rollers 13 and 13 'with vertical axes b-b' hold the flanges laterally, the hem being produced by two rollers 12, 12 'with horizontal axes a-a'.
  • several rollers of rollers as described in FIG. 7 can be used to produce the hem in a progressive manner.

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Abstract

Structure de poutre comprenant au moins une semelle (1, 1') réalisée en au moins un premier métal et au moins une âme (2, 2') réalisée en au moins un second métal, ladite âme étant assemblée de manière essentiellement perpendiculaire à ladite semelle, ladite semelle et ladite âme étant en feuille ou en tôle, caractérisée en ce que: le premier métal présente une limite d'élasticité élevée ou très élevée, et associé à un rapport limite l'élasticité/charge de rupture proche de 1; le second métal présente une limite d'élasticité sensiblement inférieure à celle du premier métal; le second métal présente un rapport limite d'élasticité/charge de rupture sensiblement inférieur à 0.9 et inférieur à la valeur dudit rapport présenté par le premier métal.

Description

STRUCTURE DE POUTRE ET PROCEDE DE REALISATION DE TELLES
STRUCTURES
Objet de l'invention
[0001] La présente invention se rapporte à une structure de poutre composite.
[0002] La présente invention se rapporte également à un procédé de réalisation d'une telle structure de poutre.
Arrière-plan technologique et état de la technique [0003] On connaît bien entendu un grand nombre de variétés de sections de poutres destinées à diverses applications. Les sections les plus efficaces sont celles qui présentent un maximum de métal dans les zones les plus éloignées de la fibre neutre.
[0004] Plus particulièrement, la poutre classique en "I", qui comprend deux semelles reliées par une âme, est un bon compromis, car c'est la matière située au niveau des semelles qui permettra de déterminer le moment d'inertie. En régime élastique, les contraintes et déformations varient linéairement dans la section : elles sont nulles à la fibre neutre et augmentent pour devenir maximales à l'endroit le plus éloigné de la fibre neutre. L'âme qui solidarise les deux semelles est donc le siège des contraintes de flexion liées au moment local, des contraintes de cisaillement liées à l'effort tranchant local, et des contraintes de compression déterminées par la mise en charge locale.
[0005] Depuis quelque temps, on cherche à réaliser des structures de poutre plus légères en réduisant la matière utile. En particulier, on a proposé d'utiliser des nuances d'aciers au carbone présentant des caractéristiques de haute résistance mécanique souvent associées à une capacité de mise en forme par déformation limitée. Les aciers ainsi produits par des procédés sidérurgiques de masse connus en soi ont des prix de revient voisins des prix des aciers au carbone classiques et permettent la réalisation de structures allégées présentant ainsi aussi un intérêt économique accru.
[0006] Pour fixer les idées, nous ferons la distinction, dans la suite de la description, entre ces aciers sur base de leur limite d'élasticité (LE) - aciers doux : LE < 250 MPa ; aciers à haute limite d'élasticité (HLE) : 250 MPa < LE < 600 MPa ; - aciers a très haute limite d'élasticité (THLE) :
600 MPa < LE < 1000 MPa ; aciers à ultra-haute limite d'élasticité (UHLE) : 1000 MPa < LE < 1500 MPa. [0007] Les aciers de caractéristiques mécaniques élevées mentionnés dans la présente demande de brevet appartiennent principalement à la catégorie THLE, et surtout UHLE.
[0008] Néanmoins, par le fait de leur faible capacité de mise en forme et leur soudabil té parfois médiocre, ces aciers posent certains problèmes spécifiques lors de l'assemblage par exemple. En particulier, les procédés classiques de production ou réalisation de structures de poutre ne sont en général adaptés qu'à la réalisation d'une poutre présentant une section constante, ce qui bien entendu ne permet pas d'optimiser le poids de ladite structure de poutre.
[0009] Le concept de poutre composite est connu. Ainsi, le document DE-A-22 21 330 propose une poutre de flexion composite, dont les semelles et l'âme sont respectivement constituées d'acier à très haute résistance et d'acier ordinaire. La limite apparente d'élasticité est dépassée dans la zone de l'âme se trouvant à proximité de la semelle, mais c'est précisément la onction avec de l'acier à très haute résistance, gardant un comportement élastique, qui empêche l'écoulement de l'âme. On obtient ainsi une poutre présentant le même comportement qu'une poutre de mêmes dimensions, entièrement constituée d'acier à très haute résistance.
[0010] De manière similaire, le document FR-A-1 312 864 décrit une poutre en "I" constituée de trois parties soudées et présentant notamment une première semelle en acier à faible teneur en carbone et une seconde semelle en acier à haute teneur en carbone. Cette dernière semelle est destinée à être utilisée comme rail.
[0011] Dans le document GB-A-2 187 409, il est prévu de renforcer les semelles d'une poutre en acier par collage de bandes supplémentaires d'un acier de nuance différente, d'un autre métal ou encore de plastique.
[0012] Le document US-A-3 999 354 décrit une poutre en aluminium de section rectangulaire creuse, constituée de deux semelles profilées extrudées assemblées avec deux âmes en forme de panneau. L'assemblage est obtenu à chaque onction par pinçage local : on replie au moyen d'un outil un bras faisant partie de la semelle dans une gorge de la même semelle, le panneau d'âme correspondant étant coincé entre ces deux éléments. Ce type d'assemblage, de type mécanique, est très peu compatible avec les aciers THLE et UHLE, qui sont peu formables.
[0013] D'autres techniques d'assemblage de poutre sont connues et décrites par exemple dans les documents US- A-3 960 637 et US-A-5 483 782.
[0014] La demande de brevet DE-A-34 25 495 décrit une poutre en "I" présentant une âme renforcée par des moulures régulières. Ce renforcement est nécessaire dans les applications de poutre avec des âmes présentant une certaine hauteur.
[0015] Dans le document FR-A-1 234 371, on propose des procédés et dispositifs pour l'exécution de poutres alvéolaires soudées.
Buts de l'invention
[0016] La présente invention vise à proposer une structure de poutre qui permet de réduire le poids de celle-ci tout en permettant l'utilisation de tôles d'acier à hautes caractéristiques mécaniques. [0017] La présente invention vise également à permettre la réalisation, et ceci de manière productive, de structures de poutre présentant une section variable.
[0018] La présente invention se rapporte également au procédé de réalisation d'un structure de poutre telle que décrite ci-dessus, et ceci de manière particulièrement productive .
Principaux éléments caractéristiques de l'invention [0019] La présente invention se rapporte à une structure de poutre comprenant au moins une semelle réalisée en au moins un premier métal et au moins une âme réalisée en au moins un second métal, ladite âme étant assemblée de manière essentiellement perpendiculaire à ladite semelle, ladite semelle et ladite âme étant en feuille ou en tôle, caractérisée en ce que : le premier métal présente une limite d'élasticité élevée ou très élevée, associée à un rapport limite d'élasticité / charge de rupture proche de 1 ; le second métal présente une limite d'élasticité sensiblement inférieure à celle du premier métal ; le second métal présente un rapport limite d'élasticité / charge de rupture sensiblement inférieur à 0,9 et inférieur à la valeur dudit rapport présenté par le premier métal . [0020] De préférence, le premier métal est un acier présentant une limite d'élasticité supérieure à 400 MPa ou un alliage d'aluminium présentant une limite d'élasticité supérieure à 200 MPa.
[0021] Les âmes peuvent présenter une ondulation, et en particulier une succession de crevés ou ouvertures dans le sens longitudinal de la structure de poutre.
[0022] De préférence, la structure de poutre comprend au moins deux semelles, dont l'une au moins est réalisée dans le premier métal, essentiellement parallèles entre elles, et assemblées, de manière essentiellement perpendiculaire, a au moins un élément réalisé dans le second métal en vue de réaliser une âme. [0023] Selon l'invention, les deux semelles sont réalisées dans le même métal, avec éventuellement des épaisseurs différentes, ou dans des métaux distincts, une première semelle étant réalisée dans un métal présentant un rapport limite d'élasticité / charge de rupture qui est différent de celui du métal réalisant l'autre semelle.
[0024] Selon une forme particulièrement avantageuse de l'invention, la structure de poutre comprend au moins deux semelles essentiellement parallèles entre elles et reliées entre elles par au moins deux âmes également essentiellement parallèles entre elles, où les semelles et les âmes sont réalisées dans des matériaux métalliques distincts par leur nature, leurs propriétés mécaniques ou leur épaisseur.
[0025] De manière particulièrement avantageuse, la structure de poutre présente une section qui n'est pas constante et qui varie selon la hauteur et / ou la largeur de ladite structure. [0026] L'invention se rapporte également à un procédé d'assemblage d'éléments constitutifs d'une structure de poutre, telle que décrite ci-dessus, caractérisé en ce que l'on effectue l'assemblage d'au moins deux éléments constitutifs en vue de former une section de jonction par un procédé d'assemblage par fusion tel que la soudure par points.
[0027] De manière alternative, l'assemblage d'au moins deux éléments constitutifs en vue de former une section de jonction est réalisé par un procédé d'assemblage par rivets, par sertissage simple, par clinchage.
[0028] De manière particulièrement avantageuse, l'assemblage d'au moins deux éléments constitutifs en vue de former une section de jonction est réalisé par un procédé d'assemblage par sertissage par ourlet. [0029] Dans ce cas précis, le rapport du rayon d'ourlet à la somme des épaisseurs des différents éléments constitutifs le long de la section de jonction est compris, de préférence, entre 2 et 10. De la même manière, le rapport de la différence entre le rayon d'ourlet et l'épaisseur de l'élément constitutif le plus extérieur avec l'épaisseur de l'élément constitutif le plus intérieur est, de préférence, supérieur à 2 et le rapport d'épaisseur des deux éléments est, de préférence, inférieur à 4. [0030] De préférence, les opérations d'assemblage mécanique (rivetage, sertissage, clinchage, sertissage par ourlet) sont réalisées à l'aide d'une presse.
[0031] Avantageusement, l'assemblage par sertissage par ourlet est réalisé dans un même cycle de presse.
[0032] De manière particulièrement avantageuse, on peut obtenir le blocage, vis-à-vis du glissement relatif d'une âme par rapport à une semelle le long de la section de jonction, de l'ourlet réalisé par le procédé d'assemblage selon l'invention, par collage, indentation ou imbrication.
Brève description des figures [0033] La figure 1 représente une vue en coupe d'une section typique d'une structure de poutre selon la présente invention.
[0034] La figure 2 représente un exemple d'exécution d'une âme particulière utilisée pour une structure de poutre selon la présente invention, et en particulier telle que représentée à la figure 1.
[0035] La figure 3 représente un autre exemple d'exécution d'une âme qui peut être utilisée pour une structure de poutre, et en particulier telle que représentée à la figure 1. [0036] La figure 4 représente l'assemblage réalisé par ourlet de différentes pièces en vue de réaliser une structure de poutre telle que représentée à la figure 1.
[0037] La figure 5 représente l'ensemble de l'outillage destiné à réaliser un assemblage par ourlet à la presse comme représenté à la figure 4.
[0038] La figure 6 représente une vue en coupe d'un élément de poutre à section variable selon la ligne A-A' et selon la ligne B-B' . [0039] La figure 7 représente un schéma de principe d'un outil fonctionnant par presse en vue de permettre la réalisation d'une structure de poutre selon la présente invention, et en particulier telle que représentée à la figure 1.
[0040] Les figures 8 illustrent le principe de blocage du glissement relatif de l'âme par rapport à la semelle dans l'assemblage par ourlet, par imbrication à l'aide d'une découpe de créneaux alternés. Les figures 8a et 8b présentent les deux tôles juste avant la réalisation de 1 ' ourlet .
Description détaillée de diverses formes d'exécution de la présente invention [0041] La solution proposée repose sur l'utilisation d'au moins deux matériaux métalliques, en feuille ou en tôle, distincts par leur nature, leurs propriétés mécaniques ou encore leur épaisseur en vue de réaliser une structure plus élaborée. Plus précisément, la présente invention propose d'utiliser des aciers à hautes caractéristiques mécaniques en combinaison avec des aciers plus ductiles pour réaliser une structure de poutre de poids optimisé et pouvant éventuellement présenter une section évolutive selon certains modes de réalisation. Il s'agit donc d'une structure composite réalisée à partir d'au moins deux matériaux métalliques distincts par la nature, les propriétés mécaniques ou par l'épaisseur.
[0042] Dans une poutre, le niveau de contrainte maximal est atteint au niveau des semelles. Le matériau choisi pour réaliser ces semelles doit donc présenter une limite d'élasticité aussi élevée que possible. C'est essentiellement la section de la semelle qui détermine le moment d'inertie : on doit donc pouvoir ajuster largeur et épaisseur pour optimiser résistance et encombremen . Les semelles peuvent éventuellement être réalisées en deux matériaux métalliques distincts au moins par la nature, les propriétés mécaniques ou l'épaisseur, par exemple pour optimiser le poids de la poutre en fonction des sollicitations ou des contraintes d'encombrement.
[0043] L'âme qui relie les semelles est soumise à la flexion mais surtout est le siège de contraintes de cisaillement et peut être localement sollicitée en compression. Pour optimiser le poids, on doit pouvoir utiliser une épaisseur de métal minimale. Ceci peut être réalisé en donnant aux âmes une géométrie améliorant leur résistance au flambement . Ceci implique que le métal utilisé pour les âmes doit présenter une ductilité meilleure que le métal utilisé pour les semelles, c'est-à- dire un rapport limite d'élasticité / charge de rupture inférieur, et certainement inférieur à 0,9.
[0044] Une section typique correspondant à 1 ' invention est représentée à la figure 1. [0045] Les semelles 1 et 1 ' sont réalisées dans un métal en feuille ou en tôle présentant une limite d'élasticité très élevée (HLE, THLE ou UHLE), un acier faiblement allié au carbone, par exemple. La limite d'élasticité est choisie aussi élevée que possible. Pour l'acier, elle va être située dans une fourchette de 400 à 1500 MPa, pour l'aluminium entre 200 et 800 MPa : le métal peut alors présenter une capacité de mise en forme très limitée .
[0046] Au sein d'une famille d'alliage donnée, par exemple les aciers, ou encore les alliages d'aluminium, plus la limite d'élasticité est élevée, plus la ductilité est réduite. La ductilité est bien reflétée par le rapport limite d'élasticité / charge de rupture Ainsi, pour les alliages présentant une bonne capacité de mise en forme, ce rapport est nettement inférieur à 1, de l'ordre de 0,5, et pour les alliages présentant des propriétés mécaniques élevées, ce rapport va tendre vers 1, étant alors associé à une capacité de mise en forme très limitée. Le niveau de limite d'élasticité associé à cette faible capacité de mise en forme dépend de la famille d'alliage considérée. Ainsi, pour les aciers cette limite peut être située de 600 à 800 MPa selon la nuance considérée.
[0047] Les âmes 2 et 2 ' sont réalisées dans un métal en feuille ou en tôle présentant une ductilité meilleure que le métal des semelles, donc d'un niveau de rapport limite d'élasticité sur charge de rupture sensiblement inférieur, et en tous cas inférieur à 0,9. Idéalement, les âmes 2 et 2 ' ne sont pas planes mais présentent par exemple une ondulation 3. Un exemple typique de réalisation des âmes est représenté à la figure 2. L'objectif de cette ondulation est de renforcer la résistance au flambement des âmes : on peut ainsi réduire sensiblement leur épaisseur.
[0048] Pour réaliser cette forme, il est nécessaire d'employer un métal présentant un certain niveau de ductilité (rapport limite élastique / charge de rupture) .
[0049] La forme présentée ici n'est donnée qu'à titre d'exemple : le principe est de profiter de la capacité de déformation du métal des âmes pour leur donner une géométrie améliorant leur résistance au flambement par compression : un autre exemple de réalisation des âmes est présenté à la figure 3. Ici, le renforcement est obtenu par des crevés 5 avec bord tombé 6 réalisés dans la paroi verticale de l'âme.
[0050] Les semelles et les âmes sont solidarisées au niveau des zones de jonction 4 par un procédé de soudure ou d'assemblage mécanique. Pour les procédés de soudure, on peut envisager par exemple la soudure par points, la soudure à la molette, la soudure laser, la soudure par diffusion, le brasage . Pour améliorer la productivité et pour rencontrer les problèmes de soudabilité posés par certains aciers à haute limite d'élasticité, on doit envisager de préférence des procédés d'assemblage mécanique comme l'assemblage par rivets, l'assemblage sans rivet par déformation locale connu sous le nom de clinchage, le sertissage .
[0051] Une variante particulièrement intéressante de procédé d'assemblage est l'assemblage par ourlet. Ce type d'assemblage appliqué par exemple pour les boîtes de conserve peut être réalisé à la presse ou par des outils tournants de type molette. Un exemple typique de ce type d'assemblage appliqué à la présente invention est représenté à la figure 4. Un ourlet 7 est réalisé au niveau de chaque zone de jonction semelle 1 / âme 2. L'intérêt de ce type d'assemblage est double : de par sa géométrie, il contribue à renforcer la structure et il peut être réalisé à l'aide de procédés très productifs comme une presse d'emboutissage ou une machine de profliage.
[0052] Toutefois, dans le cas de l'assemblage par ourlet, il existe un risque non négligeable de glissement des éléments assemblés dans l'axe de la poutre ou du moins dans la direction longitudinale, si la poutre n'est pas rectiligne .
[0053] On peut facilement remédier à cet inconvénient, par exemple en interposant une colle entre les deux feuilles de métal au niveau de l'ourlet, en réalisant des soudures par fusion locale ou de préférence en écrasant localement l'ourlet avec un outil de presse comprenant par exemple un poinçon indenteur en forme de "V" terminé par un arrondi et une enclume plane. Cette opération peut être réalisée à la presse de façon très productive un outillage peut en effet être conçu pour réaliser simultanément 1 ' înûentatior de αeux ourlets au moins, le pas d ' indentation étant de l'ordre de 5 à 10 fois le diamètre extérieur de l'ourlet.
[0054] On peut également procéder à des découpes dentelées alternées dans la semelle et l'âme correspondante, de manière à garantir un blocage longitudinal des pièces (Figures 8) . Ces découpes sont pratiquées lors des étapes de fabrication à la presse de ces pièces et présentent une hauteur inférieure à la circonférence de l'ourlet, par exemple le tiers de cette circonférence. La largeur des dents 20 est légèrement inférieure à celle des intervalles 21. Lors de l'assemblage des deux feuilles de métal par ourlet, les dents de la tôle se trouvant la plus proche de l'axe de l'ourlet s'imbriquent dans l'espace entre les dents de la feuille de métal extérieure réalisant ainsi un blocage selon l'axe de 1 ' ourlet .
[0055] La figure 5 représente un exemple d'outillage permettant de réaliser cet assemblage par ourlet à la presse. Les semelles 1 et les âmes 2 sont préparées en vue de la formation de l'ourlet comme indiqué en 9 : elles reçoivent une préforme qui amorce l'ourlet. Les pièces sont alors placées dans l'outillage qui est composé des éléments mobiles 10, 10' et 11, 11 ' . Ces éléments sont donc d'abord écartés, horizontalement pour 11 et 11', verticalement pour 10 et 10'. Les pièces 1 et 1 ' sont déposées sur 11 et 11' respectivement et maintenues par des moyens non représentés, un système magnétique par exemple. De même, les âmes 2 et 2 ' sont déposées sur les éléments mobiles 10 et 10' qui épousent la forme de l'ondulation 3. Les éléments 10 et 10' sont alors amenés dans la position indiquée à la figure 5, puis les éléments 11 et 11 ' : les outils 8, 8' , 8' ' et 8' ' ' se trouvent alors dans la situation indiquée pour l'outil 8. Les outils 8 sont alors déplacés simultanément ou successivement pour former l'ourlet et se trouver dans la position indiquée par 8', 8' ' et 8' ' ' . Ce type d'outillage peut être monté sur une presse, les éléments 11 étant mis en mouvement par un système à cames générant un mouvement horizontal lors de la fermeture de la presse, les éléments 10, 8 et 8 ' étant mis en action par le coulisseau supérieur de la presse : 10 est monté sur ressort et sa course est limitée par une butée non représentée, 8 et 8' sont directement fixés au coulisseau de la presse. L'élément 10' repose sur la table de la presse et est donc fixe, les outils 8' ' et 8' ' ' étant mis en action par un coulisseau inférieur de la presse. Ce type de mode d'assemblage par outil de presse permet de réaliser des formes dont la section n'est pas constante : la distance entre les semelles 1 et 1 ' et entre les âmes 2 et 2 ' varie .
[0056] La figure 6 représente une vue d'un élément de poutre à section variable : la section A-A' est plus large et plus haute que la section B-B' . [0057] Pour les profils de section constante, ce type d'assemblage par ourlet peut également être réalisé par outils à molette selon des procédés connus par ailleurs. Le système peut alors être intégré dans une ligne de profilage.
[0058] La figure 7 représente le schéma de principe d'un tel assemblage par galets. Deux galets 13 et 13' d'axes b-b' verticaux maintiennent les semelles latéralement, l'ourlet étant réalisé par deux galets 12, 12' d'axes a-a' horizontaux. Selon la difficulté de réalisation de l'ourlet, plusieurs trains de galets comme décrits à la figure 7 peuvent être utilisés pour réaliser l'ourlet de façon progressive.

Claims

REVENDICATIONS
1. Structure de poutre comprenant au moins une semelle (1,1') réalisée en au moins un premier métal et au moins une âme (2,2') réalisée en au moins un second métal, ladite âme étant assemblée de manière essentiellement perpendiculaire à ladite semelle, ladite semelle et ladite âme étant en feuille ou en tôle, caractérisée en ce que : - le premier métal présente une limite d'élasticité élevée ou très élevée, et associée à un rapport limite d'élasticité / charge de rupture proche de 1 ; le second métal présente une limite d'élasticité sensiblement inférieure à celle du premier métal ; - le second métal présente un rapport limite d'élasticité / charge de rupture sensiblement inférieur à 0,9 et inférieur à la valeur dudit rapport présenté par le premier métal .
2. Structure de poutre selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier métal est un acier présentant une limite d'élasticité supérieure à 400 MPa.
3. Structure de poutre selon la revendication 1, caractérisée en ce que le premier métal est un alliage d'aluminium présentant une limite d'élasticité supérieure à 200 MPa.
4. Structure de poutre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'âme
(2,2') présente une ondulation (3) dans le sens longitudinal de ladite structure.
5. Structure de poutre selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'âme (2,2') présente une succession de crevés ou ouvertures (5) dans le sens longitudinal de ladite structure .
6. Structure de poutre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux semelles (1,1') essentiellement parallèles entre elles.
7. Structure de poutre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins deux semelles (1,1') essentiellement parallèles entre elles et au moins deux âmes (2,2') essentiellement parallèles entre elles.
8. Structure de poutre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les semelles (1,1') et les âmes (2,2') sont réalisées dans des matériaux métalliques distincts par leur nature, leurs propriétés mécaniques ou leur épaisseur.
9. Structure de poutre selon la revendication
6 ou 7 , caractérisée en ce que les deux semelles (1,1') sont réalisées dans le même métal .
10. Structure de poutre selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que les deux semelles (1,1') sont réalisées dans des métaux différents, une première semelle étant réalisée dans un métal présentant un rapport limite d'élasticité / charge de rupture qui est différent de celui du métal réalisant l'autre semelle.
11. Structure de poutre selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce que les deux semelles (1,1') présentent des épaisseurs différentes
12. Structure de poutre selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'elle présente une section qui n'est pas constante et qui varie selon la hauteur et / ou la largeur de ladite structure .
13. Procédé d'assemblage d'au moins deux éléments constitutifs d'une structure de poutre selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 , caractérisé en ce que l'assemblage desdits éléments constitutifs en vue de former une section de jonction (4) est réalisé par un procédé d'assemblage par fusion tel que la soudure par points.
14. Procédé d'assemblage d'au moins deux éléments constitutifs d'une structure de poutre selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'assemblage desdits éléments constitutifs en vue de former une section de jonction (4) est réalisé par un procédé d'assemblage par rivets, par sertissage simple, par clinchage .
15. Procédé d'assemblage d'au moins deux éléments constitutifs en vue de réaliser une structure de poutre selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'assemblage desdits éléments constitutifs en vue de former une section de jonction (4) est réalisé par un procédé d'assemblage par sertissage par ourlet (7) .
16. Procédé d'assemblage selon la revendication 15, caractérisé en ce que le rapport du rayon d'ourlet (7) à la somme des épaisseurs des différents éléments constitutifs le long de la section de jonction (4) est compris entre 2 et 10.
17. Procédé d'assemblage selon la revendication 15, caractérisé en ce que le rapport de la différence entre le rayon d'ourlet (7) et l'épaisseur de l'élément constitutif le plus extérieur sur l'épaisseur de l'élément constitutif le plus intérieur est supérieur à 2 et en ce que le rapport d'épaisseur des deux éléments est inférieur à 4.
18. Procédé d'assemblage d'éléments constitutifs d'une structure de poutre selon les revendications 14 ou 15, caractérisé en ce que l'assemblage est réalisé à l'aide d'une presse.
19. Procédé d'assemblage d'une structure de poutre selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'assemblage par ourlet (7) est réalisé dans un même cycle de presse.
20. Procédé d'assemblage d'une structure de poutre selon l'une quelconque des revendications 15 à 19, caractérisé en ce qu'après ledit sertissage par ourlet, un blocage dudit ourlet, vis-à-vis du glissement relatif d'une âme par rapport à une semelle le long de la section de jonction, est obtenu par collage, indentation ou imbrication .
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