FR2473714A1

FR2473714A1 - Procede et appareil de determination de caracteristiques statiques et dynamiques d'une matiere visco-elastique

Info

Publication number: FR2473714A1
Application number: FR8024956A
Authority: FR
Inventors: Pierre Pringiers; Clement De Meersman
Original assignee: Bergougnan Benelux SA
Current assignee: Bergougnan Benelux SA
Priority date: 1979-11-30
Filing date: 1980-11-25
Publication date: 1981-07-17
Also published as: JPS56128442A; GB2067769A; DE3044430A1; BE885990A; GB2067769B; DE3044430C2; NL7908675A; FR2473714B1; IT8068809A0; IT1129377B; US4383450A

Abstract

L'invention est relative à un procédé et un appareil pour la détermination des caractéristiques d'une matière visco-élastique. A l'aide d'une force F, on applique à cette matière une déformation constante prédéterminée par compression ou impression et on mesure l'établissement de la force F, à partir d'un moment zéro, et sa décroissance après que la déformation constante a été atteinte, en fonction du temps et on détermine les caractéristiques de la matière sur la base d'une série de formules dans lesquelles est introduite la force mesurée, l'appareil comportant un corps de pression 2 fixé conjointement avec un capteur de force 4 à un élément mobile 5, des moyens de détection étant prévus pour la mise en service du capteur de force lors du déplacement de l'élément 5 précité. (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

"Procédé et appareil de détermination de caractéris-

tiques statiques et dynamiques d'une matière visco-

élastique".

La présente invention est relative à un procé-

dé de détermination de caractéristiques statiques et dynamiques, plus précisément du module d'élasticité

E' et du module de perte E", d'une matière visco-élas-

tique, dont le module de relaxation E(t) satisfait l'équation E(t) = A + Bt, E(t) étant le module de relaxation, A, B et a des constantes et t le temps en secondes, en fonction de la fréquence à laquelle est

soumise la matière précitée.

Par matière visco-élastique, on entend entre autres des caoutchoucs thermodurcissables, des mélanges de caoutchouc et de charge, des matières plastiques,

du caoutchouc thermoplastique et des matières analo-

gues. La connaissance des caractéristiques dynamiques de la matière est entre autre3nécessaire lors du calcul d'éléments en caoutchouc avec des programmes numériques d'ordinateur, pour l'utilisation dans le soutien de machines et bâtiments, la suspension de moteurs, la fixation d'amortisseurs, etc. Avec les procédés classiques connus jusqu'à présent pour la détermination de ces caractéristiques

de matière, on fait en général usage de machines lour-

des et onéreuses avec des excitations hydrauliques et

mécaniques qui doivent engendrer des forces élevées.

Les caractéristiques de matière mesurées sui-

vant ces méthodes dépendent des dimensions de l'échan-

tillon d'essai utilisé et des conditions de déforma-

tion.

Ainsi, le résultat obtenu ne donne aucune ca-

ractéristique pure de la matière concernée.

En outre, pour obtenir une indépendance de la fréquence des caractéristiques de la matière, on doit exécuter des mesures théoriques à toutes les fréquences, ce qui est en-fait impossible.

Finalement, les caractéristiques mesurées sui-

vant les procédés classiques ne peuvent pas être uti-

lises directement pour des procédés de calcul numéri-

quespour d'autres niveaux de déformation.

L'invention a principalement pour but d'éliminer ces divers inconvénients et d'offrir un procédé qui permet de déterminer une caractéristique de matière pure qui est indépendante des formes, des dimensions et de la déformation adoptée et qui donne en outre directement la dépendance vis-àvis de la fréquence

des caractéristiques de la matière.

Suivant l'invention, on applique à la matière,

dont les caractéristiques précitées doivent être me-

surées et à l'aide d'une force F, une déformation constante prédéterminée par compression ou écrasement et on maintient cette déformation pendant au moins 10

secondes et de préférence au moins 15 secondes, l'é-

tablissement de la force F à partir d'un moment 0, correspondant à celui o cette force a été appliquée, et sa décroissance après que la déformation constante précitée a été atteinte, étant alors mesurée en fonction

du temps et l'on détermine les caractéristiques préci-

tées de la matière sur la base des formules suivantes E (t) =f P (a), F2(b), F (tg (I avec a = profondeur d'empreinte b = dimension et forme du corps d'empreinte ou section de l'échantillon d'essai E(t) = A + B t (II) E (W) = E' (") + j E" () (III) avec w = 211f, f étant la fréquence a BuD E'<()= 2 (-2)a2 + A (IV) 2 (l+a) E" (W) a B r (L - a, rî + a,) () 2 r(l + a) 2 2

avec Pla fonction gamma.

Utilement, on applique la déformation préci-

tée à la matière en moins de 0,5 seconde.

Dans une forme de réalisation particulière de l'invention, on applique la déformation à l'aide d'un 2D corps d'empreinte sphérique avec un diamètre compris de préférence entre 0,5 et 3 mm sur une profondeur

qui est au moins égale au rayon de ce corps.

L'invention concerne également un appareil pour la détermination expérimentale des caractéristiques statiques et dynamiques d'une matière, conformément à

ce procédé.

Cet appareil se caractérise par le fait qu'il

présente un corps d'empreinte qui est solidaire con-

jointement avec un capteur de force d'un élément pou-

vant être déplacé sur une distance constante prédéter-

minée, ce capteur de force mesurant la force exercée sur le corps d'empreinte suivant le sens de déplacement de l'élément précité, en fonction du temps, des moyens de détection étant prévus pour la mise en service du capteur de force au moment o l'élément mobile précité a été amené à partir d'une position de repos dans une position d'écrasement. Dans une forme de réalisation plus particulière de l'invention, l'élément précité est formé par une

tige qui est montée à coulissement dans un guide fixe-

et qui présente à-son extrémité opposée au corps d'em-

preinte, un organe d'appui qui coopère, d'une part,

avec un organe élastique prévu entre le guide et l'or-

gane d'appui et, d'autre part, avec une came qui peut

tourner autour d'un axe de rotation pratiquement per-

pendiculaire à l'axe de la tige, avec une excentricité

qui correspond approximativement à la moitié de la dis-

tance de déplacement constante précitée de la tige et peut donc amener cette tige, conjointement avec le corps d'empreinte, depuis une position de repos et dans la direction d'un échantillon d'essai, jusqu'à une position

d'empreinte ou d'écrasement, l'organe d'appui étant re-

poussé par la came dans une position d'empreinte, con-

tre le guide de telle sorte que dans cette position une liaison rigide dynamique soit établie entre la tige,

le corps d'empreinte et le châssis de l'appareil, tan-

dis que des moyens de détection sort prévus pour la mi-

se en service du capteur de force au moment o la tige est déplacée dans la direction de l'échantillon

d'essai, vers la position d'empreinte précitée.

D'autres détails et particularités de l'inven-

tion ressortiront de la description ci-après, donnée

à titre d'exemple non limitatif et en référant aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 est une représentation graphique de la force d'écrasement sur l'échantillon d'essai,

en fonction du temps.

La figure 2 est une représentation schématique en coupe verticale, d'une forme de réalisation parti-

culière de l'appareil suivant l'invention.

La figure 3 est un sdiéma synoptique de la par-

tie électronique de l'appareil suivant la figure 2.

La figure 4 est une représentation schématique

D0 d'un système de vibration auquel est adaptée l'inven-

tion. La figure 5 est une représentation graphique de la fonction de transfert du système de vibration

suivant la figure 4.

La figure 6 est une vue en élévation frontale

schématique d'une autre forme deréalisation particu-

lière suivant l'invention.

Dans les diverses figures, des références

identiques concernent des éléments analogues.

Les caractéristiques les plus importantes d'une

matière qui peuvent être déterminées suivant le procé-

dé de l'invention, peuvent être définies comme suit.

On admettra qu'avec une déformation périodique d'un élément en caoutchouc de longueur 1 0 sur une longueur 1,il apparaît une force F. Cette force F est composée des deux composantes suivantes: F':en phase avec la déformation il F":en retard de 90 dans le temps par rapport à la déformationl;

. .. . _..

1 est dénommé la déformation (e); S0 est la section de l'élément en caoutchouc avant déformation; S est la section de l'élément en caoutchouc après déformation D'après ce qui précède, on peut définir deux modules: le module d'élasticité E' = i- et es le module de perte E" ks

Pour mesurer ce module d'élasticité et ce mo-

dule de perte, on procède conformément à l'invention, de la manière suivante: La matière dont les caractéristiques précitées doivent être déterminées est soumise à une déformation prédéterminée constante par compression ou écrasement,

qui est de préférence telle que la modification globa-

le de la section de la matière déformée est à négliger

perpendiculairement à la direction de la force F ap-

pliquée. Utilement, on applique la force F précitée uniquement à une partie d'un côté déterminé de la

matière, par exemple sous la forme d'une charge ponc-

tuelle et ce de telle manière que la déformation glo-

bale de la matière soit à négliger.

En général, la profondeur d'empreiite dans la

matière atteint au maximum 10% de l'épaisseur de l'é-

chantillon d'essai.

Cependant, il peut être désirable dans certains

cas d'appliquer des déformations plus importantes.

Dans ce cas, on doit tenir compte dans les formules -'---..1.. _-I - --,r- Il-_ -.-".-.. _ --1.-- - z..,. -.. l'.t

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de correction particulières à déterminer expérimenta-

lement, qui tiennent donc compte du genre des déforma-

tions globales ainsi engendrées.

Ceci peut par exemple être utile quand la dé-

formation appliquée est réalisée sur pratiquement un côté complet de l'échantillon d'essai, à l'aide de

plateaux de pression.

En outre, on maintient cette déformation pen-

dant au moins 10 secondes et de préférence au moins

15 secondes et l'on mesure simultanément l'établisse-

ment de la force F en fonction du temps, à partir d'un mo-

mentzéro qui correspond à celui o la force a été appliquée, et la décroissance de cette force après

l'atteinte de la déformation constante précitée.

Suivant l'invention, il est d'une très grande

importance que les mesures de l'établissement de force, à par-

tir du moment zéro jusqu'à celui o la force décroît

à nouveau, aient lieu très soigneusement afin de pou-

voir situer d'une manière aussi précise que possible le maximum de la courbe illustrée à la figure 1. On

a toujours déterminé que ceci est absolument néces-

saire pour la détermination du module d'élasticité à des fréquences élevées. On doit alors veiller de

préférence à ce que la fréquence de la mesure à partir du.mo-

2, ment zéro jusqu'au delà de ce maximum soit très éle-

vée, de préférence de l'ordre de 50 à 200 mesures par seconde. Avec la poursuite de la décroissance de la

force, la fréquence de mesure peut décroître progres-

sivement ou par paliers.

Les données ainsi mesurées permettent sur la base des formules indiquées ci-après, de calculer aussi bien le module d'élasticité que celui de perte en fonction de la fréquence à laquelle les matières ont

été soumises.

En fait, avec les mesures.effectuées suivant

ce procédé, on détermine la courbe illustrée à la fi-

gure 1 et celle-ci correspond donc à la fonction F(t) de l'équation (Il, et étant donné que a et b sont des paramètres donnés, on peut donc déterminer E(t) dans

cette équation.

Par itération, on détermine ensuite les cons-

tantes A, B et a de l'équation (II).

Ensuite, sur la base des formules (IV) et (V), tout en tenant compte des valeurs trouvées pour A, B et a, on peut calculer le module d'élasticité et le module de perte en fonction de la fréquence, ce qui

donne donc en appliquant la formule (III} EM.

Afin de réduire au minimum l'influence de l'é-

tablissement de force sur les calculs, on applique de préférence la déformation précitée à la matière en

moins de 0,5 seconde et même en moins de 0,1 seconde.

On utilise également de préférence un corps

d'empreinte ou d'écrasement sphérique, pour l'applica-

tion de la déformation, avec de préférence un diamètre compris entre 0,5 et 3 mm. La profondeur d'empreinte dans l'échantillon d'essai est alors égale au maximum

2; au rayon de ce corps sphérique.

L'échantillon d'essai peut avoir une forme quèl-

conque, mais il satisfait de préférence aux exigences suivantes:

- les faces supérieure et inférieure de l'échan-

tillon sont planes et parallèles entre elles; - le rapport entre l'épaisseur de l'échantillon C et le diamètre du corps d'empreinte est au moins égal à 5; - le rapport entre la plus petite distance

depuis le bord de l'échantillon jusqu'au corps d'em-

preinte et le diamètre de ce dernier est au moins

égal à 4.

La méthode de mesure suivant l'invention a été contrôlée de façon intense pour un corps d'impression sphérique avec des diamètres qui se situent entre les

limites précitées et sur des caoutchoucs avec les mo-

dules suivants: 12 N_ >E 0 2 N/mm2 5 mm2 >E> 0,1 N/mm2

Ainsi qu'il ressort des calculs définis précé-

demment, le procédé suivant l'invention peut être ap-

pliqué en principe à toutes les matières visco-élasti-

ques, plus précisément des matières vulcanisées, dont le module de relaxation E(t) satisfait l'équation (II) pour autant que la déformation appliquée, aussi bien dans le corps d'empreinte que dans la matière à examiner, reste élastique. La déformation ne doit pas nécessairement être appliquée avec une sphère, mais peut aussi être obtenue au moyen d'un cylindre par

exemple. On peut également effectuer une faible com-

pression de l'échantillon.

Des caoutchoucs thermodurcissables ou des mé-

langes de caoutchoucs à base de caoutchouc naturel.

aussi bien que de caoutchouc synthétique, par exemple

des caoutchoucs de stytène-butadiène, du polychloro-

prène, des nitriles, de l'éthylène propylène, du buty-

le, des caoutchoucs thermoplastiques, des matières

plastiques courantes, comme par.exemple du polyéthy-

lène, du polypropylène, du polyuréthane, du ABS, du polyester, des résines époxydes, etc sont envisagés

dans ce but.

D'une façon générale, on peut considérer grâce à une adaptation du procédé suivant l'invention, que caractéristiques définies précédemment peuvent être mesurées pour n'importe quelle matière dont le module

d'élasticité se situe entre 1000 N/mm2 et 0,2 N/mm2.

A la figure 2, on a représenté une forme de

réalisation particulière d'un appareil suivant l'in-

vention, pour la mise en oeuvre de la méthode de me-

sure définie précédemment. Cet appareil est consti-

tué par un châssis 1 qui est très rigide dynamiquement, avec une fréquence propre supérieure à 2000 Hertz, de telle sorte que les vibrations propres du châssis

n'aient aucune influence sur la mesure.

En outre, il comporte un corps d'empreinte sphérique avec un diamètre compris entre 0,5 et 3 mm, qui est désigné par la référence 2 et qui est vissé dans un capteur de force électrique 3, entouré par un isolant 4 pour une protection contre les variations

de température et le bruit électrique.

ce capteur de force 3 est à son tour monté rigidement à l'extrémité libre d'une tige creuse 5, pouvant être déplacée sur une distance déterminée

constante suivant son axe.

La distance de déplacement de la tige 5 suivant

son axe est au maximum égale au rayon du corps d'em-

preinte sphérique 2.

Le capteur de force 3 comporte de préférence

un élément piézo-électrique.

La tige creuse 5 est montée à coulissement dans un guide en forme de cylindre fixe 6 et présente à son extrémité opposée au corps d'empreinte 2, un organe d'appui ou d'arrêt 7 qui est de préférence vissé

fermement au moyen d'un écrou 8, sur la tige 5.

Entre cet organe d'appui 7 et l'extrémité cor-

respondante du guide 6, un ressort hélicoïdal 13 est agencé coaxialement avec la tige tandis qu'une came 9 qui peut tourner sur un axe de rotation 11 situé approximativement perpendiculairement à l'axe 10 de la tige 5 agitr l'intermédiaire d'un roulement à billes 12 sur le côté de l'organe d'appui 7 opposé au ressort 13. L'excentricité de la came 9 ou du roulement à billes 12 est égal à la moitié de la distance de déplacement prédéterminée précitée de la

tige 5.

Cette came 9 est solidaire d'un pivot 14 co-

axial avec l'axe de rotation 11 et dont est également

solidaire une poignée 15.

Ainsi, en faisant tourner la poignée 15 sur un

angle de 1800, on peut déplacer la tige 5 et par con-

séquent le corps d'empreinte 2, à partir d'une posi-

tion de repos dans la direction d'un échantillon d'es-

sai 16, qui se trouve en dessous du corps d'empreinte 2 sur une table 17 ajustableen hauteur, pour l'amener

jusqu'à une position dans laquelle le corps 2 est im-

primé dans l'échantillon 16.

Dans cette position d'impression, l'organe d'ap-

pui 7 se trouve contre le guide 6, de telle sorte que le ressort 13 est mis hors d'action et qu'une liaison rigide dynamique est réalisée entre la tige 5, le corps

d'empreinte 2 et le châssis 1 de l'appareil.

En outre, l'appareil comporte encore des moyens

de détection, plus précisément deux cellules photo-élec-

triques 18 et 19, en face desquelles se déplace un élé- ment d'interruption 20 fixe par rapport à la came 9 et qui permettent de mettre en service le capteur de force 3 au moment o la tige 5 aété déplacée dans la direction

de l'échantillon d'essai 16, jusqu'à la position d'em-

preinte précitée.

Les moyens de détection et le capteur de force

sont reliés à un montage électronique qui a été illus-

tré schématiquement à la figure 3. Ce montage électro-

nique convertit le signal de force analogique mesuré par le capteur de force, tel qu'illustré à la figure 1, en

une forme numérique et envoie cette information numéri-

que à la mémoire d'un ordinateurinon représenté.

Le montage électronique comporte essentiellement un générateur de trains d'impulsions 22, commandé par une horloge 21 de 10 MHz, qui est connecté à la cellule photo-électrique 18 permettant de donner le signal de démarrage. La connexion entre cette dernière et le générateur est indiquée par la ligne 34. Le générateur est également relié à un élément de contrôle de position zéro

23, comme indiqué par la ligne 35.

Le générateur 22 est en outre couplé à un diviseur

de fréquence avec décodage 24. -

Plus précisément, le montage électronique comprend des moyens à l'aide desquels la fréquence dE conversion

du signal de force analogique en une forme numérique dé-

croît après un intervalle de temps qui est supérieur au temps requis pour amener l'élément mobile à la position d'empreinte précitée. Comme illustré à la figure 1, par exemple, au cours d'un premier intervalle de temps 64 impulsions avec une période de 0,1 seconde au cours d'un second intervalle de temps 64 impulsions

avec une période de 0,02 seconde au cours d'un troi-

sième intervalle de temps 64 impulsions avec une pério-

de de 0,04 seconde et finalement au cours d'un quatri-

ème intervalle de temps 64 impulsions avec une période

de 0,160 seconde sont engendrées.

Ces intervalles de temps ont été illustrés schéma-

tiquement à la figure 3 et sont désignêspar la référence 25. A l'aide d'un synchronisateur 26, à chaque flanc d'impulsion croissant F1, F2.. (voir la figure 1),

une instruction est donnée à un convertisseur analogi-

que-numérique 27.

La force analogique F est transmise à partir du capteur de force 3 par un amplificateur de charge 28 à l'entrée du convertisseur analogiquenumérique 27, dans lequel une conversion en des signaux analogiques a lieu. La liaison entre les capteurs de force et

l'amplificateur de charge 28 est illustrée par la li-

gne 23. Ces signaux sont alors conservés dans un tampon

29 ("bascule").

Cet amplificateur de charge est encore commandé par la seconde cellule photo-électrique 19, qui ramène l'amplificateur à son état primitif lorsque la poignée est amenée à la position d'empreinte. Ceci est indiqué par la liaison schématique 32. Ensuite, une impulsion (indicateur) est engendrée comme indiqué

par une flèche 30, ce qui permet à l'ordinateur de re-

prendre l'information numérique à partir du tampon,

dans la mémoire non représentée.

Ainsi, 256 points de mesure de la force F, au total, étalés sur une période de mesure totale de 16

secondes sont conservés dans la.mémoire d'un ordina-

teur indiqué par une flèche 31. Les intervalles de temps correspondant à ces points de mesure sont calcu-

lés à partir des périodes des impulsions d'horloge.

L'utilisation de l'appareil décrit précédemment

et illustré à la figure 2 a lieu de la manière suivan-

te: Un échantillon d'essai 16, dont les modules E' et

El" doivent être déterminés et qui satisfait de préfé-

rence les exigences définies précédemment,et placé

*sur la table 17.

Ensuite, cette table est ajustée en hauteur de telle sorte que la surface supérieure de l'échantillon d'essai vienne exactement en contact avec le corps d'empreinte 2, qui se trouve en position de repos,

c'est-à-dire dans sa position supérieure.

Ensuite, la poignée 15 est amenée à tourner rapi-

dement, de préférence en un temps d'un ordre de gran-

deur de 0,02 à 0,08 seconde, sur un angle de 1800 jusqu'à la position d'empreinte, le corps 2 pénétrant

alors sur une profondeur prédéterminée dans l'échantil-

lon 16. A cause du basculement de la poignée 15, deux

impulsions électriques sont engendrées dans les cellu-

les photo-électriques 18 et 19. Ces impulsions sont

utilisées pour commander le générateur de trains d'im-

pulsions et l'amplificateur de charge du montage élec-

tronique, de telle sorte que la sollicitation ponctuelle exercée par le corps d'empreinte 2 sur l'échantillon et variant dans le temps est immédiatement enregistrée,

comme illustré graphiquement à la figure 1.

Ces données enregistrées permettent ensuite grâce

à la méthode de calcul particulière décrite précédem-

ment, de déterminer les modules E' et E" ainsi que le module de relaxation E,c'est-à-dire le rapport entre la tension fonction du temps et l'écrasement précité

appliqué de façon constante.

Le procédé suivant l'invention se distingue des procédés généralement connus pour la détermination des modules E' et E" par le fait qu'avec une seule mesure on peut déterminer directement ces modules en fonction de la fréquence et ceci indépendamment de la forme et

de la dimension de la matière visco-élastique concernée.

Grâce à la détermination très précise du maximum de la courbe de relaxation, ceci est valable même pour

des fréquences très élevées.

Avec le procédé suivant l'invention, on mesure

une force variable pour une déformation constante pré-

déterminée appliquée. Il est alors de très grande im-

portance que l'appareil utilisé dans ce but forme un ensemble rigide au moment de l'écrasement et que, de préférence, à la fin de l'écrasement, une butée soit

prévue pour réaliser cette liaison mécanique rigide.

Ceci est nécessaire pour éviter les vibrations du

corps d'empreinte par rapport à la matière à mesurer.

On donnera ci-après un exemple pratique d'une application particulière du procédé et de l'appareil

suivant l'invention, illustré par les figures 4 et 5.

Il s'agit de la détermination du module d'élas-

ticité E' et du module de perte E" requis de quatre

isolateurs en caoutchouc 39 avec des dimensions pré-

déterminées, qui doivent être utilisés pour réduire la transmission des vibrations d'un moteur électrique

36 vers son ambiance, plus précisément le sol 37.

Ce moteur s'appuyait sur une masse de béton 38. La fréquence de rotation de ce moteur était f = 20 Hz, m tandis que le poids total de la masse de béton et du moteur était d'une tonne. Il était prescrit que la masse de béton devait être soutenue latéralement par les isolateurs en caoutchouc 39, avec des dimensions prédéterminées.

On demande de réduire les forces dynamiques en-

gendrées par le moteur d'un facteur 3. Lors de la mise en route du moteur, la fréquence de rotation

augmentera donc de O à 20 Hz.

Afin de limiter les fluctuations de la force dynamique, un rapport d'amortissement a été admis avec

une valeur minimum de 0,1.

La fonction de transfert du système de vibration illustré schématiquement à la figure 4, c'est-à-dire le rapport entre la force dynamique Fm engendrée par le moteur 36 et la force dynamique F sur la fondation f

ou le sol 37 a été illustrée à la figure 5.

Pour obtenir le facteur de réduction requis pré-

cité 3, la fréquence propre fr du système moteur-masse-

amortisseur est située aux environs de 10 Hz.

Les dimensions données des blocs de caoutchouc

étaient de 200 x 200 x 60 mm.

En partant de ces données, le module d'élasticité E' et le module de perte E" requis ont été calculés sur la base des formules suivantes: 1 kd m = 1000 kg r 21[ m fr= 10 Hz kd = rigidité dynamique des blocs de caoutchouc à 10 Hz

, = 0,1C -

crit C = constante d'amortissement des éléments en caoutchouc Ccrit = 2

A _,A

k = G'- et C.UW= G"A d h '

E' = 2(1 + V)G'

E" = 2(1 + V)G"

avec G' et G" les modules de glissement correspondants; W = 2Trf (f = fréquence) A = surface initiale des blocs de caoutchouc (200 x 200 mm) h = auteur initiale de ces blocs de caoutchouc (60 mm)

V = 0,5 (coefficient de Poisson\.

En résolvant ces diverses équations on dérive les exigences suivantes que doit satisfaire la composition du caoutchouc des blocs 39. Ces exigences peuvent être formulées comme suit: E' (10 Hz) = 4,44 N/mm2

E" (10 Hz) 0,9 N/mm2.

Au moyen de l'appareil illustré à la figure 2, on

a exécuté une série d'essais sur des éléments en caout-

chouc qui ont été préparés suivant diverses formules.

On a alors retenu une formule de caoutchouc offrant les caractéristiques suivantes: E' = 4,55 N/mm2

E" = 1,1 N/mm2.

A partir de ce caoutchouc, on a alors façonné des

blocs avec les dimensions données précédemment et ceux-

ci ont été appliqués comme illustré à la figure 4.

Le facteur de réduction mesuré atteignait 0,29, ce qui correspondait donc pratiquement à la valeur

fixée préalablement. Ces résultats pratiques démon-

trent que la formule de caoutchouc ainsi calculée et contrôlée avec l'appareil suivant l'invention

satisfait les exigences imposées au domaine dynamique.

A la figure 6, on a représenté une autre forme d'organisation, tout aussi importante, de l'appareil

suivant l'invention, qui convient tout particulière-

ment pour effectuer des essais sur des carcasses de

pneumatiques d'automobiles.

La caractéristique de cette forme de réalisation est que l'espace compris entre la table 17 et le corps d'empreinte 2, o doit être placée la matière à essayer,

est aussi accessible que possible, pratiquement indépen-

damment de la dimension et de la forme de l'échantillon d'essai. Dans ce cas, l'échantillon d'essai 16 peut donc être le produit fini, plus précisément un pneuma-

tique. Lors d'essais sur des pneumatiques d'automobile, il peut être désirable d'utiliser un corps d'empreinte sphérique 2 avec un diamètre compris entre 0,5 et 10 mm,

qui aqit sur la face extérieure du pneumatique.

La profondeur d'empreinte constante peut alors

-25 varier de 1 à 10% de l'épaisseur de la carcasse à hau-

teur de la surface de roulement du pneumatique.

Dans cette forme de réalisation, le corps d'emprein-

te 2 est monté à l'extrémité libre d'un bras 40 qui forme un ensemble pratiquement rigide avec un bâti en saillie 41 sur quel est montéela table 17, de façon

ajustable en lessous du corps d'empreinte.

1 Afin de pouvoir placer les pneumatiques 16 dans l'appareil, comme illustré à la figure 6, la table

peut être écartée par pivotement d'une position verti-

cale jusqu'à une position approximativement horizonta-

le autour d'un pivot 42,comme indiqué par une flèche 43. Cet appareil peut par exemple être prévu à la fin d'une chaîne de production et permet, grace à un simple essai de pression, de vérifier d'une façon très simple et fiable si les pneumatiques ont été fabriqués

avec la composition de caoutchouc appropriée, si l'ad-

hérence entre les fils d'acier et le caoutchouc n'offre

aucun défaut et si le degré de vulcanisation de l'ensem-

ble est suffisant.

Il doit être entendu que la présente invention n'est

en aucune façon limitée aux formes de réalisation ci-a-

vant et que bien des modifications peuvent y être appor-

tées sans sortir du cadre du présent brevet.

Ainsi, le mécanisme pour l'application de la défor-

mation peut être rendu automatique, par exemple à l'aide d'air comprimé, d'une force électromagnétique (aimant

plongeur) ou de façon mécanique (ressort).

En outre, on peut également utiliser des jauges de contrainte au lieu d'un élément piézo-électrique, pour mesurer la force exercée sur l'échantillon d'essai, surtout lorsque des déformations relativement importantes

sont réalisées.

Finalement, suivant l'invention, il peut être inté-

ressant d' agencer un agent d'amortissement, tel qu'un bloc de caoutchouc, entre l'organe d'appui 7 et le guide 6, afin d'éliminer d'éventuelles déformations perturbatrices qui peuvent apparaître lors du contact

brutal métal sur métal.

Claims

REVENDICATIONS

1. Procédé pour la détermination de caractéris-

tiques statiques et dynamiques, plus particulièrement le module d'élasticité E' et le module de perte E", d'

une matière visco-élastique, dont le module de rela-

xation E(t) satisfait l'équation E(t) = A + Bt,

avec E(t) le module de relaxation, A, B et a des cons-

tantes et t le temps en secondes, en fonction de la

fréquence à laquelle est soumise la matière, carac-

térisée en ce qu'on applique à la matière dont les caractéristiques précitées doivent être déterminées, à l'aide d'une force F, une déformation prédéterminée

constante par compression ou impression et on main-

tient cette déformation pendant au moins 10 secondes et de préférence au moins 15 secondes, l'établissement de la force F, à partir d'un moment zéro correspondant

à celui o cette force est appliquée, et sa décroissan-

ce après que la déformation constante précitée a été atteinte, étant mesurés en fonction du temps, et on détermine les caractéristiques précitées de la matière sur la base des formules suivantes: E(t) = f Fl(a) , F2(b), F(t) (I) avec a = profondeur d'empreinte b = dimension et forme du corps d'empreinte ou

section de l'échantillon d'essai.

-'u E(t) = A + B t- (II) EM () = E' (a) + j E" (") (III) avec W = 2'f, étant la fréquence a E' (l) = a) r () + A (IV) 2r "+ 2 *2 E"()= BW lIa) ) (y) 2 r (1 + a) 2 2 ( 2)" (1 + a) rI2a 2"(V

avec r la fonction gamma.

2. Procédé suivant la revendication 1, caracté-

risé en ce qu'on applique une déformation telle que la modification globale de la section de la matière déformée, pratiquement perpendiculairement à la direc-

tion de la force F appliquée, soit à négliger.

3. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendi-

cations 1 et 2, caractérisé en ce que la force F n'est appliquée qu'à une partie d'un côté déterminé de la matière et ceci de telle sorte que la déformation

globale de cette matière soit à négliger.

4. Procédé suivant la revendication 3, caracté-

risé en ce qu'on applique la force F sous la forme

d'une charge de pression pratiquement ponctuelle.

5. Procédé suivant l'une quelconque des reven-

dications précédentes, caractérisé en ce que l'on applique la déformation précitée à la matière en moins

de 0,5 et de préférence en moins de 0,1 seconde.

6. Procédé suivant l'une quelconque des revendi-

cations 3 à 5, caractérisé en ce qu'on applique la déformation à l'aide d'un corps d'empreinte sphérique, sur une profondeur qui est au maximum égale au rayon

de ce corps.

7. Procédé suivant la revendication 6, caracté-

risé en ce qu'on utilise un corps d'empreinte sphéri-

que avec un diamètre compris entre 0,5 et 10 mm, de

préférence entre 0,5 et 3 mm.

8. Procédé suivant l'une quelconque des reven-

dications précédentes, caractérisé en ce qu'on utili-

se un échantillon d'essai de la matière dont l'épais-

seur est au moins égale à cinq fois la profondeur

maximum de la déformation.

- 9. Procédé suivant l'une quelconque des reven-

dications précédentes, caractérisé en ce qu'on utilise un échantillon d'essai dont les dimensions sont telles que le rapport entre la plus petite distance depuis le bord de l'échantillon jusqu'au corps d'empreinte et

la largeur de ce dernier soit au moins 4.

10. Procédé suivant l'une quelconque des reven-

dications précédentes, caractérisé en ce qu'on utilise un pneumatique d'automobile comme

échantillon d'essai.

11. Procédé suivant l'une-quelconque des reven-

dications précédentes, caractérisé en ce qu'on déter-

mine la force F en fonction du temps à l'aide de me-

suresou d'enregistrement périodiques, avec une fréquen-

ce qui décroît après que la déformation constante pré-

citée a été atteinte. -

12. Procédé suivant la revendication 11, carac-

térisé en ce qu'on exécute les mesures depuisle moment zéro et avant d'atteindre la déformation constante précitée avec une fréquence de l'ordre de 50 à 200

mesures par seconde.

13. Appareil pour la détermination expérimentale

de caractéristiques statiques et dynamiques d'une ma-

tière, conformément au procédé suivant l'une quelcon-

que des revendications précédentes,-caractérisé en ce

qu'il comprend un corps de pression 2 qui est fixé con-

jointement avec un capteur de force 3 sur un élément 5

pouvant être déplacé sur une.distance constante déter-

minée, ce capteur de force mesurant la force de pres-

sion exercée sur le corps de pression suivant la di-

rection de déplacement de l'élément précité en fonction du temps, des moyens de détection JS et 19 étart prévus pir la

mise en service du capteur de'force au moment o l'é-

lément mobile précité 5 a é amené d'une position de

repos à une position d'empreinte.

14. Appareil suivant la revendication 13, carac-

térisé en ce que le corps de pression est un corps

d'empreinte 2 qui peutpénétrer sur une profondeur pré-

déterminée dans la matière.

15. Appareil suivant la revendication 14, carac-

térisé en ce que le corps d'empreinte 2 est sphérique.

16. Appareil suivant la revendication 15, carac-

térisé en ce que le diamètre du corps d'empreinte sphé-

rique 2 est compris entre 0,5 et 3 mm.

17. Appareil.suivant l'une ou l'autre des reven-

dications 14 et 15, caractérisé en ce que la distance de déplacement de l'élément précité 5 das Ja direction

précitée est au maximum égale au rayon du corps d'em-

preinte sphérique 2.

18. Appareil suivant l'une quelconque des reven-

dications 12 à 16, caractérisé en ce qu'un capteur de force électrique 3 estsolidaire de l'élément mobile

précité 5.

19. Appareil suivant l'une quelconque des reven-

dications 12 à 17, caractérisé en ce que le capteur de farce 3 compcrte un élément piézo-électrique isolé

des variations de température.

20. Appareil suivant l'une quelconque des reven-

dications 13 à 18, caractérisé en ce que l'élément précité est formé par ue tige 5 montée à coulissement dans un guide fixe 6 et comportant à son extrémité opposée au corps d'empreinte 2,unorgane d'appui qui coopère, d'une part, avec un organe élastique prévu entre le guide et l'organe d'appui 7 et d'autre part, avec une came 9 qui

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peut tourner autour d'un axe de rotation 11 situé appro-

ximativement perpendiculairement à l'axe de la tige pouvant donc amener cette tige 5 conjointement avec le corps d'aeninte 2, depuis une position de repos et dans la direction d'un échantillon d'essai 16, jsqc'à une position d'empreinte, tandis que dans cette dernière, l'organe d'appui 7 est repoussé par -a aroe 9 contre a guide de telle manière que dans cette position une liaison rigide dynamique soit établie entre la tige 5, le corps d'empreinte 2 et le chassis 1 i 'appareil,et en Ce que d moiens ddétecticnI,19 sont prévus pour la mise en service du capteur de force 3 au moment o la tig 5 a été déplacée dans la direction de l'échantillon d'essai 16s vl position d'empreinte précitée.

21. Appareil suivant la revendication 19, carac-

térisé en ce que les moyens de détection comportent au moins une cellule photo-électrique 18 et 19 avec un élément

d'interruptkn20 pouvant être déplacé en face de celle-

ci et qui est fixe par rapport à la came 9.

22. Appareil suivant l'une quelconque des reven-

dications 13 à 21, caractérisé en ce que les moyens de dé-

tection lo,D et le capteur de froe 3 sont, reliés à un mon-

tage électroniqe 21,2Z23,24 qui transforme le signal de force analogique mesuré par le capteur de force en une forme numérique et transmet l'information numérique à la

mémoire d'un ordinateur.

23. Appareil suivant la revendication 22, carac-

térisé en ce que le montage électronique 21,22,2,24 comprend des moyens grâce auxquels la conversion du signal de force analogique en une forme numérique décroît en fréquence après un intervalle de temps déterminé qui est supérieur

au temps requis pour amener l'élément mobile 5 à la posi-

tion d'empreinte précitée.

24. Appareil suivant l'une quelconque des reven-

dications 19 à 23, caractérisé en ce que la came 4 pré-

sente un roulement à billes 12cuuoe roulette située excentriquement par rapport à son axe de rotation et dont l'excentricité correspond approximativement à la moitié de la distance de déplacement constante

précitée de la tige 5.

25. Appareil suivant l'une quelconque des reven-

dications 12 à 24, caractérisé en ce qu'il comporte une table ajustable 17sur aque/l'échantillon d'essai 16

peut être placé pour l'amener contre le corpsd'em-

preinte 2 amnt que ce dernier ne soit repoussé dans

l'échantillon 16.

26. Appareil suivant la revendication 25, carac-

térisé en ce que le corps d'empreinte 2 est monté à l'ex-

trémité libre d'un bras 4Dqi forme un ensemble pratique-

ment rigide avec un bâti en sailli 41 sur lequel la table est montée de façon ajustable en dessous du corps

d'empreinte 2.

27. Appareil suivant la revendication 26, carac-

térisé en ce que b table 2 peut être écartée par pivotement

vers l'extérieur d'en dessous du corps d'empreinte 2.

28. Appareil suivant l'une quelconque des reven-

dications 13 à 27, caractérisé en ce que le déplace-

ment du corps d'empreinte 2 a lieu au moyen d'une poignée 17.