FR2616901A1

FR2616901A1 - Multiaxial extensometer, in particular triaxial extensometer

Info

Publication number: FR2616901A1
Application number: FR8708736A
Authority: FR
Inventors: Humbert Policella
Original assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Current assignee: Office National dEtudes et de Recherches Aerospatiales ONERA
Priority date: 1987-06-22
Filing date: 1987-06-22
Publication date: 1988-12-23
Anticipated expiration: 2007-06-22
Also published as: FR2616901B1

Abstract

Two clamps PL1, PL2 are fixed onto a test-piece 1. The jaws of the two clamps bear on the test-piece at two diametrically opposite points, in order to clamp the test-piece perfectly, and a small clamping force is sufficient to prevent any sliding movement. The two arms of each clamp are hinged in rotation on a crosspiece T1, T2 about separate axes perpendicular to the measurement plane associated with the clamp and substantially equidistant from the clamping point of the associated jaw. The crosspieces T1, T2 are in turn hinged in rotation upon a support member 23, about separate axes contained in their respective measurement plane and perpendicular to the first axes. The measurement means comprise capacitive detectors for determining the horizontal and vertical translation of the measurement planes as well as their relative rotation.

Description

Extensomètre multi-axial, en particulier extensomètre triaxial
L'invention est du domaine de l'étude des propriétés mécaniques des matériaux. Elle concerne un dispositif d'extensométrie permettant, par exemple, de mesurer simultanément trois composantes de la déformation subie par un échantillon de matériau, ou éprouvette, sollicité en traction-torsion ou en compression-torsion, et soumis à des essais de fatigue, à température ambiante ou à chaud. L'invention trouve des applications dans les installations d'étude du comportement des matériaux, en vue de la prévision de leur durée de vie dans les conditions réelles de sollicitation.Multi-axial extensometer, in particular triaxial extensometer
The invention is in the field of studying the mechanical properties of materials. It relates to an extensometry device making it possible, for example, to simultaneously measure three components of the deformation undergone by a sample of material, or test piece, stressed in tension-torsion or in compression-torsion, and subjected to fatigue tests, to room temperature or hot. The invention finds applications in installations for studying the behavior of materials, with a view to predicting their lifespan under real stress conditions.

Lorsqu'un échantillon, se présentant la plupart du temps sous la forme d'une éprouvette tubulaire, est soumis à des sollicitations bi-axiales de traction-torsion ou de compressiontorsion ou à des sollicitations de pression interne, le dispositif extensométrique doit être capable de fournir simultanément les déformations longitudinales et radiales ainsi que l'angle de torsion avec une grande précision Enfin, l'implantation sur l'éprouvette des moyens nécessaires à la mesure de ces déformations ne doit pas modifier les caractéristiques propres du matériau et, dans le cas d'essai de matériaux portés à haute température, ces moyens de mesure doivent présenter une excellente tenue mécanique. When a sample, most of the time in the form of a tubular test piece, is subjected to bi-axial tensile-torsion or compression-torsion stresses or to internal pressure stresses, the extensometric device must be capable of simultaneously provide the longitudinal and radial deformations as well as the torsion angle with great precision Finally, the installation on the test piece of the means necessary for measuring these deformations must not modify the specific characteristics of the material and, in the case test materials brought to high temperature, these measuring means must have excellent mechanical strength.

Certains appareils connus permettent de mesurer directement les déformations, par mise en oeuvre de jauges de contrainte, collées ou soudées sur l'éprouvette. Cette solution ne répond pas au problème posé, notamment parce que la tenue en température des jauges, limitée à une centaine de degrés, est insuffisante.Certain known devices make it possible to measure the deformations directly, by using strain gauges, glued or welded to the test piece. This solution does not respond to the problem posed, in particular because the temperature resistance of the gauges, limited to a hundred degrees, is insufficient.

On connait aussi des extensomètres mécaniques qui visent à déterminer simultanément deux composantes de la déformation subie par une éprouvette sous sollicitation bi-axiale (traction-torsion). Ces dispositifs mettent en oeuvre des systèmes mécaniques de découplage des mesures (lames élastiques munies de jauges) soudés à l'éprouvette, ou encore ancrés au moyen de couteaux ou de mors à arêtes effilées serrés très fortement pour éviter tout mouvement de glissement. Ces dispositifs ne donnent pas non plus satisfaction, car les systèmes de découplage sont le siège d'interactions qui faussent les mesures et limitent la fréquence des sollicitations que l'on peut appliquer.De plus, les dispositifs d'ancrage laissent sur le matériau des empreintes qui modifient ces caractéristiques mécaniques, et peuvent même amorcer des fissures entrainant la rupture anticipée de l'éprouvette.Mechanical extensometers are also known which aim to simultaneously determine two components of the deformation undergone by a test piece under bi-axial stress (traction-torsion). These devices implement mechanical systems for decoupling the measurements (elastic blades provided with gauges) welded to the test piece, or else anchored by means of knives or jaws with tapered edges tightened very tightly to avoid any sliding movement. These devices are not satisfactory either, because the decoupling systems are the seat of interactions which distort the measurements and limit the frequency of the stresses that can be applied. In addition, the anchoring devices leave material on the fingerprints which modify these mechanical characteristics, and can even initiate cracks leading to anticipated rupture of the test piece.

Il a encore été proposé de mesurer les déformations subies par une éprouvette, au moyen d'extensomètres équipés de détecteurs de déplacement sans contact, tels que des détecteurs optiques. Ces détecteurs ne comportent pas de liaison mécanique avec l'éprouvette, mais nécessitent le collage de mires, ou l'usinage de repères, pour pouvoir détecter les déplacements de deux points délimitant la base de mesure. Là encore, le problème posé n'est pas résolu de manière entièrement satisfaisante, car le positionnement des mires est difficile à effectuer avec précision, et leur tenue mécanique en température est insuffisante. En outre, la précision des mesures obtenues au moyen d'appareils équipés de détecteurs de déplacement optique est limitée par les variations d'indice de réfraction de l'air au voisinage de la partie chaude de l'éprouvette. It has also been proposed to measure the deformations undergone by a test piece, by means of extensometers equipped with non-contact displacement detectors, such as optical detectors. These detectors do not have a mechanical connection with the test piece, but require the sticking of targets, or the machining of marks, in order to be able to detect the displacements of two points delimiting the measurement base. Here again, the problem posed is not entirely satisfactorily resolved, since the positioning of the test patterns is difficult to perform with precision, and their mechanical temperature resistance is insufficient. In addition, the accuracy of the measurements obtained using devices fitted with optical displacement detectors is limited by variations in the refractive index of the air in the vicinity of the hot part of the test piece.

Dans sa Demande de brevet français FR-A-84 10885, 1'ONERA a proposé un appareil d'extensométrie destiné à mesurer les déformations d'une éprouvette et comprenant des moyens pour déterminer la torsion subie par l'éprouvette autour de l'axe longitudinal, en présence de sollicitations mécaniques appliquées à celle-ci. Les moyens comprennent deux pinces rigides montées sur l'éprouvette dans des plans de mesure respectifs qui sont espacés l'un de l'autre, et perpendiculaires à l'axe longitudinal de l'éprouvette. Chaque pince possède deux mâchoires conformées pour pouvoir enserrer parfaitement l'éprouvette, et sollicitées l'une vers l'autre selon un effort faible, propre à interdire tout glissement des mâchoires sur l'éprouvette. Les pinces prennent appui sur deux collerettes usinées dans l'éprouvette et qui définissent les deux plans de mesure.In its French patent application FR-A-84 10885, ONERA proposed an extensometry device intended to measure the deformations of a test piece and comprising means for determining the torsion undergone by the test piece around the axis longitudinal, in the presence of mechanical stresses applied to it. The means comprise two rigid clamps mounted on the test piece in respective measurement planes which are spaced from each other, and perpendicular to the longitudinal axis of the test piece. Each clamp has two jaws shaped to be able to perfectly enclose the specimen, and biased towards each other according to a weak force, capable of preventing any sliding of the jaws on the specimen. The clamps are supported on two flanges machined in the test piece and which define the two measurement planes.

Les moyens détecteurs tels que des capteurs de déplacement optique et/ou capacitif, coopèrent avec les bras de chacune des pinces, afin de déterminer sans contact les déplacements relatifs des deux pinces, en rotation autour de l'axe longitudinal de l'éprouvette.The detector means such as optical and / or capacitive displacement sensors cooperate with the arms of each of the clamps, in order to determine without contact the relative displacements of the two clamps, in rotation around the longitudinal axis of the test piece.

Un tel dispositif permet de fournir simultanément la déformation longitudinale et l'angle de torsion avec une grande précision. Toutefois, dans le cadre de la caractérisation d'un nouveau matériau monocristallin, le Demandeur a ressenti le besoin de déterminer, en outre, la déformation radiale subie par un échantillon de ce nouveau matériau car ledit échantillon, soumis à des sollicitations bi-axiales, se déforme suivant des plans de glissement non perpendiculaires à l'axe longitudinal de l'éprouvette.Such a device makes it possible to simultaneously provide the longitudinal deformation and the angle of torsion with great precision. However, within the framework of the characterization of a new monocrystalline material, the Applicant felt the need to determine, moreover, the radial deformation undergone by a sample of this new material because said sample, subjected to bi-axial stresses, deforms along sliding planes not perpendicular to the longitudinal axis of the test piece.

La présente invention a pour but d'apporter des solutions à ces problèmes. A cette fin, elle propose un extensomètre destiné à mesurer les déformations d'un échantillon allongé, tel qu'une éprouvette tubulaire, en présence de sollicitations mécaniques appliquées à celle-ci.The present invention aims to provide solutions to these problems. To this end, it offers an extensometer intended to measure the deformations of an elongated sample, such as a tubular test piece, in the presence of mechanical stresses applied to it.

L'appareil selon l'invention comprend - deux pinces rigides définissant respectivement deux plans de mesure espacés l'un de l'autre, et sensiblement perpendiculaires à l'axe longitudinal de l'éprouvette, - chaque pince comprenant deux bras qui se terminent par deux mâchoires propres à enserrer l'éprouvette, et sollicitées l'une vers l'autre, par un ressort monté entre les bras, selon un effort faible propre à interdire tout glissement des mâchoires sur l'éprouvette, et - des moyens détecteurs, coopérant avec les bras des pinces pour déterminer sans contact leurs déplacements relatifs, et il est caractérisé en ce que - les mâchoires de chaque pince sont conformées pour s'appuyer sur l'éprouvette en deux points qui sont sensiblement diamétralement opposés, - les deux bras de chaque pince sont articulés à rotation sur une traverse, autour d'axes distincts perpendiculaires au plan de mesure associé à la pince, et sensiblement équidistants du point d'appui sur l'éprouvette de la mâchoire associée, - les deux traverses sont à leur tour articulées à rotation sur un organe support, autour d'axes distincts, contenus dans leur plan de mesure respectif, et perpendiculaires aux premiers axes, et - les moyens détecteurs comportent un capteur de déplacement monté entre un bras d'une pince et un bras de l'autre pince, ce qui permet la détection de l'allongement longitudinal de l'éprouvette, même en présence d'un défaut de parallélisme des deux plans de mesure.The apparatus according to the invention comprises - two rigid clamps respectively defining two measurement planes spaced from one another, and substantially perpendicular to the longitudinal axis of the test piece, - each clamp comprising two arms which end in two jaws suitable for enclosing the test piece, and biased towards one another, by a spring mounted between the arms, according to a weak force capable of preventing any sliding of the jaws on the test piece, and - detector means, cooperating with the arms of the grippers to determine their relative displacements without contact, and it is characterized in that - the jaws of each gripper are shaped to rest on the specimen at two points which are substantially diametrically opposite, - the two arms of each clamp is articulated in rotation on a crosspiece, around separate axes perpendicular to the measurement plane associated with the clamp, and substantially equidistant from the point of support on the jaw specimen associated, - the two crosspieces are in turn articulated in rotation on a support member, around distinct axes, contained in their respective measurement plane, and perpendicular to the first axes, and - the detector means comprise a displacement sensor mounted between one arm of a clamp and one arm of the other clamp, which allows the detection of the longitudinal elongation of the test piece, even in the presence of a defect in parallelism of the two measurement planes.

L'utilisation des deux pinces dont les mâchoires s'appuient sur l'éprouvette en deux points diamétralement opposés selon l'invention et l'articulation à rotation sur une traverse des bras de chaque pince ainsi que l'articulation desdites traverses sur un organe support selon l'invention permettent une détection précise et fiable, même en présence d'un léger défaut de parallélisme des deux plans de mesure.The use of the two clamps, the jaws of which rest on the test-piece at two diametrically opposite points according to the invention and the articulation in rotation on a cross member of the arms of each clamp as well as the articulation of said cross members on a support member according to the invention allow precise and reliable detection, even in the presence of a slight lack of parallelism of the two measurement planes.

En outre, l'installation et la mise en place de l'extensomètre avec les pinces sur l'éprouvette à l'aide du ressort taré sont remarquablement aisées.In addition, the installation and positioning of the extensometer with the clamps on the test piece using the calibrated spring are remarkably easy.

Enfin, il n'est plus nécessaire d'usiner des collerettes dans l'éprouvette, opération coûteuse et même interdite dans le cas d'essais d'éprouvettes en matériau-monocristallin.Finally, it is no longer necessary to machine flanges in the test piece, an expensive operation and even prohibited in the case of testing of test pieces made of monocrystalline material.

Dans la grande majorité des applications, l'extensomètre est agencé pour mesurer les déformations multi-axiales. Dans le cadre de la mesure de la déformation longitudinale subie par l'éprouvette, les moyens de mesure comprennent un capteur de déplacement, monté entre un bras d'une pince et un bras de l'autre pince. Dans le cadre de la mesure de la déformation radiale subie par l'éprouvette, les moyens de mesure comprennent deux capteurs de déplacement sans contact montés chacun entre les deux bras de l'une des pinces, à l'opposé de l'éprouvette.In the vast majority of applications, the extensometer is designed to measure multi-axial deformations. As part of the measurement of the longitudinal deformation undergone by the test piece, the measuring means comprise a displacement sensor, mounted between an arm of a clamp and an arm of the other clamp. As part of the measurement of the radial deformation undergone by the test piece, the measurement means comprise two contactless displacement sensors each mounted between the two arms of one of the clamps, opposite the test piece.

Dans le cadre de la mesure de la déformation angulaire subie par l'éprouvette, l'organe support comprend deux pièces d'extrémité servant respectivement à l'articulation des deux traverses, et articulées toutes deux séparément sur une pièce centrale, à rotation autour d'un même axe sensiblement perpendiculaire au plan de mesure, et il est prévu un autre capteur pour mesurer la rotation relative des deux pièces d'extrémité.As part of the measurement of the angular deformation undergone by the specimen, the support member comprises two end pieces respectively serving for the articulation of the two crosspieces, and both articulated separately on a central piece, rotating around d 'the same axis substantially perpendicular to the measurement plane, and there is provided another sensor for measuring the relative rotation of the two end pieces.

Avantageusement, les capteurs utilisés sont des capteurs capacitifs. Advantageously, the sensors used are capacitive sensors.

L'appareil permet la mesure convenable de la torsion, aussi bien à température ambiante qu'à moyenne et à haute température, et ceci lorsque les sollicitations appliquées à l'éprouvette sont d'une fréquence inférieure ou égale à 0,5 Hz.The apparatus allows suitable measurement of the torsion, both at ambient temperature and at medium and high temperature, and this when the stresses applied to the specimen are of a frequency less than or equal to 0.5 Hz.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à l'examen de la description détaillée qui va suivre, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est un dessin théorique montrant les principaux éléments d'un extensomètre multi-axial sur une éprouvette cylindrique, dans lequel lesdits éléments réalisent la mesure des déformations radiale et longitudinale subies par l'éprouvette soumise à des sollicitations mécaniques; - la figure 2 est un dessin théorique montrant la structure d'une éprouvette cylindrique;; - la figure 3 est un dessin théorique montrant les principaux éléments d'un extensomètre multi-axial sur une éprouvette cylindrique, dans lequel lesdits éléments réalisent la mesure des déformations radiale et longitudinale subies par l'éprou- vette soumise à des sollicitations mécaniques, ainsi que la variation de son angle de torsion; - la figure 4 est une vue de face illustrant les principaux éléments d'un extensomètre multi-axial; - la figure 5 est une vue en élévation correspondant à la figure 4 et montrant le ressort monté entre les bras des pinces selon l'invention; - la figure 6 est une vue de face plus détaillée correspondant à la figure 4; - la figure 7 est une vue en élévation plus détaillée correspondant à la figure 5; - la figure 8 est une vue en coupe transversale montrant l'installation du capteur de mesure de déformation angulaire;; - la figure 9 est une vue de face partielle illustrant la forme des mâchoires des pinces prenant appui sur l'éprouvette; et - la figure 10 est une courbe illustrant les résultats de mesure de la déformation subie par l'éprouvette soumise à une contrainte.Other characteristics and advantages of the invention will appear on examining the detailed description which follows, as well as the appended drawings, in which - FIG. 1 is a theoretical drawing showing the main elements of a multi-axial extensometer on a cylindrical test piece, in which said elements measure the radial and longitudinal deformations undergone by the test piece subjected to mechanical stresses; - Figure 2 is a theoretical drawing showing the structure of a cylindrical test piece; FIG. 3 is a theoretical drawing showing the main elements of a multi-axial extensometer on a cylindrical test piece, in which said elements measure the radial and longitudinal deformations undergone by the test piece subjected to mechanical stresses, as well that the variation of its angle of twist; - Figure 4 is a front view illustrating the main elements of a multi-axial extensometer; - Figure 5 is an elevational view corresponding to Figure 4 and showing the spring mounted between the arms of the clamps according to the invention; - Figure 6 is a more detailed front view corresponding to Figure 4; - Figure 7 is a more detailed elevational view corresponding to Figure 5; - Figure 8 is a cross-sectional view showing the installation of the angular deformation measurement sensor; - Figure 9 is a partial front view illustrating the shape of the jaws of the pliers resting on the test piece; and FIG. 10 is a curve illustrating the results of measurement of the deformation undergone by the stressed specimen.

La présente invention fait à divers titres intervenir la géométrie. En conséquence, les dessins annexés sont à considérer comme incorporés à la présente description, pour la compléter à tous égards, et servir le cas échéant à la définition de l'invention; la figure 1 fait apparaître une éprouvette tubulaire, référencée 1 dans son ensemble. L'éprouvette 1 est cylindrique de révolution. Elle comporte deux extrémités ll et 12, qui se raccordent en une partie centrale 13. La partie centrale 13 est délimitée à sa première extrémité par deux points 15 et 17 diamétralement opposés et à sa seconde extrémité par deux points 19 et 21 diamétralement opposés.The present invention involves geometry in various ways. Consequently, the appended drawings are to be considered as incorporated into the present description, to complete it in all respects, and serve, if necessary, for the definition of the invention; Figure 1 shows a tubular specimen, referenced 1 as a whole. The test piece 1 is cylindrical in revolution. It has two ends 11 and 12, which are connected in a central part 13. The central part 13 is delimited at its first end by two diametrically opposite points 15 and 17 and at its second end by two diametrically opposite points 19 and 21.

La figure-2 montre la partie centrale de l'éprouvette, coupée aux limites qui s'y trouvent définies par les quatre points.Figure-2 shows the central part of the specimen, cut at the limits defined there by the four points.

On obtient ainsi deux plans de mesure Pl et P2 écartés d'une distance h le long de l'axe longitudinal 10 de l'éprouvette.Two measurement planes P1 and P2 are thus obtained spaced apart by a distance h along the longitudinal axis 10 of the test piece.

La forme tubulaire de celle-ci est définie par un rayon intérieur R1 et par un rayon extérieur R2. On a référencé par e le déplacement angulaire relatif des sections droites de l'éprouvette, entre le plan Pi et le plan P2, lorsque l'éprou- vette est soumise à des contraintes comportant une torsion.The tubular shape of the latter is defined by an inner radius R1 and by an outer radius R2. Reference has been made by e to the relative angular displacement of the straight sections of the test piece, between the plane Pi and the plane P2, when the test piece is subjected to stresses comprising a torsion.

Il pourra s'y ajouter une traction ou une compression.There may be added traction or compression.

Il est maintenant fait référence à nouveau à la figure 1. Il apparaît sur ce dessin théorique qu'une première pince selon l'invention PL1 est définie par deux bras PLll et PLl2 qui se terminent par deux mâchoires Ml et M2 conformées pour s'appuyer sur l'éprouvette en deux points 15 et 17. De façon similaire, une seconde pince PL2 selon l'invention est définie par deux bras PLl3 et PLl4 qui se terminent par deux mâchoires
M3 et M4 s'appuyant sur l'éprouvette en deux points 19 et 21.Reference is now made again to FIG. 1. It appears in this theoretical drawing that a first clamp according to the invention PL1 is defined by two arms PL11 and PLl2 which end in two jaws Ml and M2 shaped to rest on the test piece at two points 15 and 17. Similarly, a second clamp PL2 according to the invention is defined by two arms PLl3 and PLl4 which end in two jaws
M3 and M4 resting on the test tube at two points 19 and 21.

Les deux bras PLll et PL12 sont articulés à rotation sur une traverse Tl, autour d'axes distincts Al et A2 perpendiculaires au plan de mesure Pl associé à la pince PLl et équidistants du point d'enserrement de la mâchoire associée. Les bras PLll et PLl2 sont solidaires entre eux par l'intermédiaire des axes Al et A2. Ils peuvent s'écarter ou se rapprocher entre eux tout en restant sur le même plan. De façon similaire, les deux bras PLl3 et PL14 sont articulés à rotation sur une traverse T2, autour d'axes distincts A3 et A4 perpendiculaires au plan de mesure P2 associé à la pince PL2 et équidistants du point d'enserrement de la mâchoire associée. Les bras PL13 et PLl4 sont solidaires entre eux par l'intermédiaire des axes A3 et A4.Ils peuvent s'écarter ou se rapprocher entre eux tout en restant sur le même plan.The two arms PL11 and PL12 are articulated in rotation on a cross member Tl, around distinct axes A1 and A2 perpendicular to the measurement plane Pl associated with the clamp PLl and equidistant from the point of clamping of the associated jaw. The arms PL11 and PLl2 are integral with each other via the axes Al and A2. They can move away or get closer to each other while staying on the same plane. Similarly, the two arms PLl3 and PL14 are articulated in rotation on a crosspiece T2, around separate axes A3 and A4 perpendicular to the measurement plane P2 associated with the clamp PL2 and equidistant from the point of grip of the associated jaw. The arms PL13 and PLl4 are integral with each other by means of the axes A3 and A4. They can deviate or approach each other while remaining on the same plane.

Les ressorts tarés R1 et R2 qui appliquent les mâchoires M1,M2 et M3,M4 sur l'éprouvette peuvent être complétés par d'autres moyens de rappel élastique. Un des points importants de l'invention est fondé sur l'observation suivante : il suffit d'un effort très faible appliqué par les ressorts R1 et R2, pour que les mâchoires Ml, M2 et respectivement M3, M4 s'appuient parfaitement sur l'éprouvette, sans qu'aucun mouvement de glissement par rapport à celle-ci ne soit plus possible.L'intérêt de cette disposition est que cet effort très faible appliqué entre les deux bras PLll et PL12 et respectivement
PLl3 et PL14 se traduit par une pression très faible des mâchoires Ml, M2 et respectivement M3, M4 sur l'éprouvette, d'où le fait qu'il n'y a pratiquement aucune perturbation du réseau de. contraintes engendrées dans l'éprouvette par les pinces. The calibrated springs R1 and R2 which apply the jaws M1, M2 and M3, M4 to the test piece can be supplemented by other elastic return means. One of the important points of the invention is based on the following observation: it suffices a very small force applied by the springs R1 and R2, so that the jaws Ml, M2 and respectively M3, M4 are perfectly supported on the 'test piece, without any sliding movement relative thereto is no longer possible. The advantage of this arrangement is that this very low force applied between the two arms PL11 and PL12 and respectively
PLl3 and PL14 results in a very low pressure of the jaws Ml, M2 and respectively M3, M4 on the test piece, hence the fact that there is practically no disturbance of the network of. stresses created in the test piece by the clamps.

Les deux traverses Tl et T2 sont à leur tour articulées à rotation sur un organe support 23 autour d'axes distincts
AS et respectivement A6, contenus dans leur plan de mesure respectif et perpendiculaires aux axes Al et A2 et respectivement A3 et A4.The two cross members Tl and T2 are in turn articulated in rotation on a support member 23 around separate axes.
AS and A6 respectively, contained in their respective measurement plan and perpendicular to the axes Al and A2 and respectively A3 and A4.

L'organe support 23 est fixé à une extrémité sur un bâti.The support member 23 is fixed at one end to a frame.

Les deux pinces PLl et PL2 enserrent les points 15, 17, 19 et 21. L'élément détecteur Dl monté entre les deux pinces est un condensateur comportant deux armatures 25 et 27. Ces deux armatures vont permettre la détection capacitive du déplacement de translation relatif entreoles deux plans Pi et P2, selon l'axe 10 de l'éprouvette par mesure des variations de capacité résultant des variations de position des pinces.The two clamps PL1 and PL2 enclose the points 15, 17, 19 and 21. The detector element Dl mounted between the two clamps is a capacitor comprising two frames 25 and 27. These two frames will allow the capacitive detection of the relative translational displacement spacing between two planes Pi and P2, along the axis 10 of the test piece by measuring the variations in capacity resulting from variations in the position of the clamps.

En d'autres termes, le déplacement d'un ou des plans Pi et
P2 entraîne un déplacement des bras Pull, PLl2 ou PLl3, PLl4 par l'intermédiaire des axes A5 ou A6. Il en résulte que toute variation de niveau du plan P1 est transmise en 25, ainsi que toute variation de niveau de plan P2 est transmise en 27.In other words, the displacement of one or more planes Pi and
P2 causes the Pull arms, PLl2 or PLl3, PLl4 to move through the axes A5 or A6. It follows that any variation in level of plane P1 is transmitted at 25, as well as any variation in level of plane P2 is transmitted at 27.

La mesure de la déformation longitudinale subie par l'éprouvette soumise à des essais de fatigue peut se faire au moyen du détecteur capacitif Dl sans contact, fixé en 25 et dont la référence de mesure est en 27, en tenant compte de la distance h de mesure des plans Pi et P2.The measurement of the longitudinal deformation undergone by the test piece subjected to fatigue tests can be done by means of the non-contact capacitive detector Dl, fixed at 25 and whose measurement reference is at 27, taking into account the distance h from measurement of the planes Pi and P2.

Les éléments détecteurs D2 et respectivement D3 sont montés entre les bras PLll et PL12 et, respectivement, PL13 et PL14. The detector elements D2 and respectively D3 are mounted between the arms PL11 and PL12 and, respectively, PL13 and PL14.

Ces éléments détecteurs D2 et respectivement D3 sont des condensateurs comportant deux armatures 29 et 31, et respectivement, 33 et 35. Ces armatures vont permettre la détection capacitive de la variation diamétrale des plans Pi et P2, selon un axe perpendiculaire à l'axe 10 de l'éprouvette par mesure des variations de capacité résultant des variations d'ouverture et de fermeture des bras des pinces. En d'autres termes, la variation diamétrale d'un ou des plans Pi et P2 entraîne un déplacement des bras PLll et PL12 ou PLl3 et PLl4 par l'intermédiaire des axes Al, A2 ou A3, A4. Il en résulte que toute variation de diamètre sur les plans P1 et P2 est transmise aux éléments détecteurs D2 et D3.These detector elements D2 and respectively D3 are capacitors comprising two plates 29 and 31, and respectively, 33 and 35. These plates will allow the capacitive detection of the diametrical variation of the planes Pi and P2, along an axis perpendicular to the axis 10 of the test piece by measuring the variations in capacity resulting from the variations in opening and closing of the arms of the clamps. In other words, the diametrical variation of one or more planes Pi and P2 leads to a displacement of the arms PL11 and PL12 or PLl3 and PLl4 via the axes Al, A2 or A3, A4. It follows that any variation in diameter on the planes P1 and P2 is transmitted to the detector elements D2 and D3.

Par ailleurs, il est possible d'effectuer la mesure du déplacement longitudinal et/ou diamétral des deux plans par un système miroir/laser/photodiode comme cela était décrit dans la Demande de brevet français FR-A-84 10885. Pour les essais à haute température, les pinces sont réalisées en un matériau thermiquement isolant tel qu'une céramique du genre Vitroceram, et l'on peut alors adjoindre à l'appareil des moyens de chauffage électrique de l'éprouvette, en particulier des moyens de chauffage électrique par induction, permettant de porter le matériau jusqu'à environ 10000C.Furthermore, it is possible to measure the longitudinal and / or diametral displacement of the two planes by a mirror / laser / photodiode system as described in French patent application FR-A-84 10885. For the tests at high temperature, the clamps are made of a thermally insulating material such as a ceramic of the Vitroceram type, and it is then possible to add to the apparatus means of electric heating of the test piece, in particular means of electric heating by induction, allowing the material to be brought to around 10000C.

La figure 3 illustre une première variante de l'invention, qui permet l'acquisition directe du déplacement angulaire relatif entre les deux plans. On retrouve d'une part la pince PLl définie par les bras PLll et PLl2 qui se terminent par les deux mâchoires Ml et M2 s'appuyant sur l'éprouvette en deux points 15 et 17, et d'autre part la pince PL2 définie par les bras PLl3 et PLl4 qui se terminent par les deux mâchoires M3 et M4 s'appuyant sur l'éprouvette en deux points 19 et 21. On voit le détecteur Dl monté entre le bras PLll de la pince PL1 et le bras PLl4 de la pince PL2.FIG. 3 illustrates a first variant of the invention, which allows the direct acquisition of the relative angular displacement between the two planes. We find on the one hand the clamp PLl defined by the arms PLll and PLl2 which end in the two jaws Ml and M2 resting on the test tube at two points 15 and 17, and on the other hand the clamp PL2 defined by the arms PLl3 and PLl4 which end in the two jaws M3 and M4 resting on the test tube at two points 19 and 21. We see the detector Dl mounted between the arm PLll of the clamp PL1 and the arm PLl4 of the clamp PL2.

On retrouve l'organe support sur lequel sont articulées à rotation les deux traverses Tl et respectivement T2 autour des axes A5 et respectivement A6 perpendiculaires aux axes Al et A2, et respectivement A3 et A4.We find the support member on which are pivotally articulated the two cross members T1 and T2 respectively around the axes A5 and respectively A6 perpendicular to the axes Al and A2, and respectively A3 and A4.

L'organe support comprend maintenant une partie centrale 33 intercalée entre les axes A5 et A6, et permettant la rotation, d'une part, de la traverse T1 dans le plan de mesure Pi et, d'autre part, de la traverse T2 dans le plan de mesure P2; ces deux rotations s' effectuant autour d'axes A7 et A8 entourant la partie centrale 33 et perpendiculaires aux plans de mesure Pi et P2.The support member now comprises a central part 33 interposed between the axes A5 and A6, and allowing the rotation, on the one hand, of the cross member T1 in the measurement plane Pi and, on the other hand, of the cross member T2 in the measurement plan P2; these two rotations taking place around axes A7 and A8 surrounding the central part 33 and perpendicular to the measurement planes Pi and P2.

Les armatures 37 et respectivement 39 d'un détecteur capacitif
D4 sont reliées aux axes A7 et respectivement A8. Ces deux armatures vont permettre la détection capacitive du déplacement consécutif à la rotation relative des deux plans de mesure P1 et P2, selon l'axe 10 de l'éprouvette par mesure des variations de capacité résultant des variations de position des pinces.The armatures 37 and respectively 39 of a capacitive detector
D4 are connected to axes A7 and A8 respectively. These two armatures will allow the capacitive detection of the displacement consecutive to the relative rotation of the two measurement planes P1 and P2, along the axis 10 of the test piece by measuring the variations in capacity resulting from variations in the position of the clamps.

Par ailleurs, il est possible d'effectuer la mesure du déplacement angulaire des deux plans par un système miroir/laser/ photodiode comme cela était décrit dans la Demande de brevet français FR-A-84 10885.Furthermore, it is possible to measure the angular displacement of the two planes by a mirror / laser / photodiode system as described in French patent application FR-A-84 10885.

La figure 4 représente une vue de face de l'extensomètre dont on vient de décrire théoriquement les principaux éléments.FIG. 4 represents a front view of the extensometer, the main elements of which have just been described in theory.

On retrouve les pinces PLl et, respectivement, PL2 qui enserrent l'éprouvette 1 à l'aide des bras PLll et PLl2 qui se terminent par les mâchoires M1 et M2, et respectivement PL13 et PLl4 qui se terminent par les mâchoires M3 et M4. Les bras sont fixés à leurs corps de pince respectifs à l'aide des molettes Ni. Le corps Cl de la pince PL1 et le corps C2 de la pince PL2 sont articulés à rotation sur l'organe support 23, autour d'axes distincts et oblongs A7 et A8.We find the clamps PLl and, respectively, PL2 which enclose the test piece 1 using the arms PLll and PLl2 which end in the jaws M1 and M2, and respectively PL13 and PLl4 which end in the jaws M3 and M4. The arms are fixed to their respective gripper bodies using the Ni knobs. The body C1 of the clamp PL1 and the body C2 of the clamp PL2 are articulated in rotation on the support member 23, around distinct and oblong axes A7 and A8.

Il est maintenant fait référence à la figure 5. On retrouve dans cette vue de dessus de l'extensomètre, les bras des pinces reliés à leurs corps de pince respectifs à l'aide des molettes Ni. Les deux bras de chaque pince PL1 et PL2 sont articulés à rotation sur une traverse Ti, T2, autour d'axes distincts perpendiculaires au plan de mesure associé à la pince et équidistants du point d'enserrement de la mâchoire associée. Les deux traverses Tl et T2 sont à leur tour articulées à rotation sur l'organe support 23. Entre les bras est monté un ressort R1, R2 propre à interdire selon un effort faible tout glissement des mâchoires sur l'éprouvette. Les ressorts Ri et R2 s'appuient sur une pièce fixée à l'organe support 23.Reference is now made to FIG. 5. In this top view of the extensometer, we find the arms of the clamps connected to their respective clamp bodies using the Ni knobs. The two arms of each clamp PL1 and PL2 are articulated in rotation on a crosspiece Ti, T2, around separate axes perpendicular to the measurement plane associated with the clamp and equidistant from the point of grip of the associated jaw. The two cross-members Tl and T2 are in turn articulated in rotation on the support member 23. Between the arms is mounted a spring R1, R2 suitable for preventing, with a slight effort, any sliding of the jaws on the test piece. The springs Ri and R2 are supported on a part fixed to the support member 23.

Il est maintenant fait référence à la figure 6 qui montre d'une façon plus détaillée les principaux éléments correspondant à la figure 4. On retrouve les bras des pinces qui enserrent l'éprouvette 1. On a représenté sur la figure 9, selon la coupe b-b, la mise en place des pinces avec l'éprouvette. Les mâchoires M1 et M2, et respectivement M3 et
M4, s'appuient sur l'éprouvette en deux points 15 et 17 diamétralement opposés et, respectivement, sur deux points 19 et 21 diamétralement opposés.Reference is now made to FIG. 6 which shows in a more detailed manner the main elements corresponding to FIG. 4. We find the arms of the clamps which enclose the test tube 1. We have shown in FIG. 9, according to the section bb, placing the clamps with the test tube. The jaws M1 and M2, and respectively M3 and
M4, are based on the specimen at two diametrically opposite points 15 and 17 and, respectively, on two diametrically opposite points 19 and 21.

En se référant à nouveau à la figure 6, on voit que le corps
C2 de la pince PL2 se prolonge vers la gauche par un appendice P2 monté sur le corps C2 à l'aide de vis Vi, pour pouvoir soutenir le détecteur capacitif Dl, tenu par une vis V2. De façon similaire, le corps Cl de la pince PLl se prolonge vers la gauche par un appendice Pi monté sur le corps Cl à l'aide de vis V3, pour que le corps Cl soit en contact avec le détecteur Dl soutenu par le corps C2.Referring again to Figure 6, we see that the body
C2 of the clamp PL2 is extended to the left by an appendix P2 mounted on the body C2 using screws Vi, in order to be able to support the capacitive detector Dl, held by a screw V2. Similarly, the body Cl of the clamp PLl is extended to the left by an appendage Pi mounted on the body Cl using screws V3, so that the body Cl is in contact with the detector Dl supported by the body C2 .

Sur la figure 8, on a représenté selon la coupe a-a, l'installation du détecteur D4. On voit que le détecteur D4 est intercalé entre l'appendice Pi du corps Cl et l'appendice
P2 du corps C2. Ainsi installé, le détecteur D4 mesure la déformation angulaire subie par l'éprouvette soumise à des essais de fatigue.In Figure 8, there is shown in section aa, the installation of the detector D4. We see that the detector D4 is interposed between the appendix Pi of the body Cl and the appendix
P2 of body C2. Thus installed, the detector D4 measures the angular deformation undergone by the test piece subjected to fatigue tests.

Il est maintenant fait référence à nouveau à la figure 6. L'organe support sur lequel sont articulés les corps des pinces comprend un socle S comportant un plan incliné et un bord plat dans lequel est creusée une rainure latérale Li selon l'axe de pivotement A5 et A6. Dans la rainure latérale Li s'emboîte une tige Tl dont sur l'une des extrémités 37 est articulé le corps C2 de la pince PL2 autour de l'axe oblong
A8 et dont l'autre extrémité 39 se loge dans la rainure latérale Li. Une entretoise El relie la tige Tl à la rainure Li. Reference is now again made to FIG. 6. The support member on which the bodies of the clamps are articulated comprises a base S comprising an inclined plane and a flat edge in which a lateral groove Li is hollowed out along the pivot axis A5 and A6. In the lateral groove Li fits a rod Tl of which on one of the ends 37 is articulated the body C2 of the clamp PL2 around the oblong axis
A8 and the other end 39 of which is housed in the lateral groove Li. A spacer El connects the rod Tl to the groove Li.

Des roulements à billes, Bi, destinés à diminuer les frotte ments entre l'entretoise El et la rainure Li sont insérés entre ces organes. Une vis V4 maintient l'entretoise El dans la rainure Li. L'extrémité 37 de la tige Tl comprend une rainure latérale L2 dans laquelle s'emboîte une tige T2 dont sur l'une des extrémités 41 est articulé le corps Cl de la pince PLl autour de l'axe oblong A7 et dont l'autre extrémité 43 se loge dans la rainure L2. Une entretoise E2 relie la tige T2 à la rainure L2. Des roulements à billes B2, destinés à diminuer les frottements entre l'entretoise E2 et la rainure
L2 sont insérés entre ces organes. Une vis V5 maintient l'entretoise E2 dans la rainure L2.Sur les flancs des pinces PLl et PL2 on voit les molettes de serrage des bras Pull,
PL12 et PLl3, PLl4 sur le corps des pinces PLl et PL2.Ball bearings, Bi, intended to reduce friction between the spacer El and the groove Li are inserted between these members. A screw V4 holds the spacer El in the groove Li. The end 37 of the rod Tl comprises a lateral groove L2 in which fits a rod T2 of which the body Cl of the clamp is articulated on one of the ends 41 PL1 around the oblong axis A7 and whose other end 43 is housed in the groove L2. A spacer E2 connects the rod T2 to the groove L2. B2 ball bearings, intended to reduce friction between the spacer E2 and the groove
L2 are inserted between these organs. A screw V5 holds the spacer E2 in the groove L2. On the sides of the pliers PLl and PL2 we see the clamping knobs of the Pull arms,
PL12 and PLl3, PLl4 on the body of pliers PLl and PL2.

Il est maintenant fait référence à la figure 7. Les détecteurs capacitifs D2 et D3 sont montés, chacun, entre les deux bras de chacune des pinces, à l'opposé de l'éprouvette. Ainsi installés, les détecteurs D2 et D3 mesurent la déformation radiale subie par l'éprouvette soumise à des essais de fatigue.Reference is now made to FIG. 7. The capacitive detectors D2 and D3 are each mounted between the two arms of each of the clamps, opposite the test piece. Thus installed, detectors D2 and D3 measure the radial deformation undergone by the test piece subjected to fatigue tests.

Les deux traverses T1 et T2 sont articulées à rotation sur l'organe support 23. Les ressorts R1 et R2 montés respectivement entre les bras des pinces PLl, PL2 sont reliés à l'aide des traverses T1 et T2 à l'organe support 23 selon l'axe de rotation Al, A2, A3 et A4. Le détecteur capacitif D4 destiné à mesurer la rotation relative de la traverse T1 et de la traverse T2 est monté en regard de celle-ci.The two crosspieces T1 and T2 are articulated in rotation on the support member 23. The springs R1 and R2 mounted respectively between the arms of the clamps PL1, PL2 are connected using the crosspieces T1 and T2 to the support member 23 according to the axis of rotation A1, A2, A3 and A4. The capacitive detector D4 intended to measure the relative rotation of the cross member T1 and the cross member T2 is mounted facing the latter.

I1 est maintenant fait référence à la figure 10. La courbe représente des résultats d'essais de fatigue en tractioncompression, à force imposée, effectués sur une éprouvette en matériau INOX AISI 316. Sur l'axe des abscisses est représentée la déformation en pour cents et sur l'axe des ordonnées est représentée la contrainte en méga Pascal. La courbe représente alors l'évolution de la déformation en fonction de la contrainte appliquée. Pour une amplitude de la contrainte appliquée de 897 MPa, l'amplitude de la déformation mesurée est de 2%. I1 is now referred to in FIG. 10. The curve represents the results of fatigue tests in traction-compression, at imposed force, carried out on a test tube made of AISI 316 stainless steel material. On the abscissa axis, the deformation in percent is represented. and on the ordinate axis is represented the constraint in mega Pascal. The curve then represents the evolution of the deformation as a function of the applied stress. For an amplitude of the applied stress of 897 MPa, the amplitude of the deformation measured is 2%.

Les courses maximales des capteurs sont équivalentes à des déformations de l'ordre de 5% sur la partie cylindrique de l'éprouvette. Dans tous les cas d'utilisation, il existe un découplage total des mesures sans aucune interaction possible entre elles. The maximum sensor strokes are equivalent to deformations of the order of 5% on the cylindrical part of the test piece. In all cases of use, there is a total decoupling of the measures without any possible interaction between them.

Claims

PLl3, PLl4) which end in two jaws capable of enclosing the specimen, and urged towards each other by a spring (R1, R2) mounted between the arms, according to a weak force capable of preventing any sliding of the jaws on the test piece, and detector means, cooperating with the arms of the clamps to determine without contact their relative displacements, characterized in that the jaws (Ml, M2; M3, M4) of each of the clamps (PLl, PL2) are shaped to rest on the test piece at two points (15,17 ;; 19,21) which are substantially diametrically opposite, - the two arms of each clamp are articulated in rotation on a crosspiece (Tl, T2), around distinct axes perpendicular to the measurement planes (Pl, P2) associated with the clamp (PLl, PL2), and substantially equidistant from the point of support on the test piece of the associated jaw, - the two crosspieces (Tl, T2) are their turn articulated in rotation on a support member (23), around distinct axes, contained in their measurement plane respective, and perpendicular to the first axis, and - the detector means comprise a contactless displacement sensor (D1) mounted between an arm of a clamp and an arm of the other clamp, which allows the detection of the longitudinal elongation of the test piece, even in the presence of a lack of parallelism of the two measurement planes.

i.- Extensometer, intended to measure the deformations of an elongated sample, such as a tubular test piece (1), in the presence of mechanical stresses applied to it, of the type comprising - two rigid clamps (PLl, PL2) respectively defining two measurement planes (Pl, P2) spaced from each other, and substantially perpendicular to the longitudinal axis (10) of the test piece, - each clamp (PLl, PL2) comprising two arms (PLll, PLl2 ;;

2. An extensometer according to claim 1, characterized in that the measuring means comprise two contactless displacement sensors (D2, D3) each mounted between the two arms of one of the clamps, opposite the test piece. .

3. Extensometer according to one of claims 1 and 2, characterized in that the support member comprises two end pieces respectively serving for the articulation of the two crosspieces (Tl, T2), the two crosspieces being both articulated separately on a central part (33), rotating about the same axis substantially perpendicular to the measurement plane, and in that there is provided a non-contact displacement sensor (D4) for measuring the relative rotation of the two clamps .

4. An extensometer according to any one of claims l to 3, characterized in that the displacement sensors are capacitive sensors s.