FR2688886A1 - Dispositif de controle electrodynamique d'un echantillon de materiau. - Google Patents

Dispositif de controle electrodynamique d'un echantillon de materiau. Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de contrôle électrodynamique d'un échantillon (1), comportant un dispositif électromagnétique (3, 4) auquel peut être reliée solidairement l'une des extrémités de l'échantillon qui est fixée d'autre part à un cadre (5), le dispositif électromagnétique (3, 4) étant prévu pour l'application séparée ou simultanée de l'une des contraintes de traction, de compression, de torsion et/ou de flexion. Par une commande adéquate du dispositif électromagnétique (3, 4), on peut superposer en plus une contrainte statique. Il est donc possible de simuler fidèlement sur un échantillon (1) ou un élément constitutif utilisé comme tel toutes les contraintes uniques ou répétées intervenant dans la pratique.

Description

La présente invention concerne un dispositif de contrôle électrodynamique
d'un échantillon de matériau dans lequel l'une des extrémités de l'échantillon peut être reliée solidairement à un
dispositif électromagnétique, lui-même étant fixé à un cadre.
On connaît déjà plusieurs dispositifs utilisés pour l'examen dynamique d'un échantillon de matière ou de matériau en forme de lingot, qui permettent, grâce à des moyens pyrotechniques ou de l'air comprimé, de soumettre l'éprouvette à des impulsions par
l'intermédiaire d'un piston (Appareil dit "barre d'Hopkinson").
Il a été proposé de remplacer le dispositif à piston par un dispositif électromagnétique pour réaliser une sollicitation biaxiale par des impulsions sur l'échantillon (N G Ohlson, "Experimental methods in biaxial loading at high strain rates", Journal de Physique, Colloque C 5, Annexe au na 8, Volume 46, Les Ulis Cedex, France, Août 1985) Dans ce dispositif, chacune des extrémités de l'éprouvette est fixée à une barre de transmission d'efforts disposée coaxialement; l'une de ces barres comporte à son extrémité libre un dispositif électromagnétique de traction et l'autre un dispositif électromagnétique de torsion La contrainte de traction peut en outre être sélectionnée indépendamment de la
contrainte de torsion.
En raison de la différence de durée de propagation entre les ondes de traction et de torsion dans un même matériau, l'échantillon constitue un objet presque idéal de recherche fondamentale; toutefois, la simulation de contraintes réelles avec les tensions pluridimensionnelles souvent imprévisibles susceptibles d'intervenir dans un élément constitutif réel lorsqu'il est soumis à un effort typique n'est pas possible, même avec le dispositif générique décrit ci-dessus, étant donné qu'en pratique d'autres modes de sollicitations peuvent venir s'ajouter aux contraintes de
traction et de torsion.
Compte tenu de l'état actuel de la technique, la présente invention a pour but d'apporter des améliorations au dispositif générique afin de permettre une meilleure simulation des sollicitations réelles par des impulsions de préférence pluridimensionnelles Le contrôle d'un élément préfabriqué constituant l'échantillon doit notamment être réalisable dans des
conditions de charge réelles.
Cet objectif atteint par un dispositif de contrôle électrodynamique, caractérisé en ce que l'autre extrémité de l'échantillon est reliée solidairement au cadre et en épouse de préférence la forme; et en ce que le dispositif électromagnétique est conçu pour permettre d'appliquer au choix, séparément ou de préférence simultanément, au moins une des impulsions de traction, de
compression, de torsion et/ou de flexion.
Selon la présente invention, la solution consiste tout d'abord à relier solidairement, soit de façon directe, soit par l'intermédiaire d'un élément de transmission d'efforts, l'une des extrémités de l'échantillon au cadre fixe du dispositif, tandis que le dispositif électromagnétique situé à l'autre extrémité de l'échantillon est relié directement ou par l'intermédiaire d'un élément de transmission d'efforts approprié Ainsi, une onde d'impulsion induite peut se réfléchir aussi bien à l'extrémité solidement bloquée de l'échantillon que sur un élément préfabriqué, ce qui engendre des contraintes qui correspondent aux contraintes
réelles auxquelles est soumis un élément.
Il est préférable que le dispositif conforme à la présente invention soit portatif ou transportable d'une manière ou d'une autre, afin que le contrôle des éléments constitutifs encastrés dans les dispositifs qui ne peuvent être examinés en
laboratoire, soit possible.
Selon la présente invention, le dispositif électromagnétique peut cependant être conçu de manière à appliquer des impulsions de traction, de compression, de flexion ou de torsion séparées ou combinées de façon quelconque, les efforts étant appliqués le plus directement possible à l'échantillon sans passer par une longue barre de transmission d'efforts, mais éventuellement par l'intermédiaire d'un élément de transmission d'efforts relativement court, de sorte que l'on puisse soumettre l'échantillon à toute sorte de contraintes
pluridimensionnelles.
Le dispositif conforme à la présente invention permet ainsi de réaliser chacune des contraintes mentionnées ci-dessus ainsi que des contraintes combinées comme la compression et la torsion, la traction et la torsion ou la flexion et la torsion, à des vitesses d'allongement de l'ordre de 104 m/s, limite pouvant être largement dépassée puisque certains dispositifs magnétiques permettent
d'atteindre des accélérations de 5 108 m/s 2.
Dans le cas d'un dispositif électromagnétique, de préférence constitué d'un dispositif inductif secondaire relié à l'une des extrémités de l'échantillon et d'un dispositif inductif primaire fixe lui faisant face, il faut choisir un facteur de couplage aussi grand que possible afin d'obtenir un rendement élevé et de minimiser les pertes Il faut donc rechercher une compatibilité maximale entre les dispositifs inductifs
primaire et secondaire.
D'autre part, le dispositif électromagné-
tique placé dans le sens de l'axe du barreau d'échantillon devrait être assez court pour que l'élément de transmission des efforts situé entre le dispositif inductif secondaire et l'échantillon
puisse, lui aussi, être court.
Selon une version préférentielle de la présente invention, le dispositif inductif primaire et le dispositif inductif secondaire sont donc conçus respectivement comme dispositifs à bobines plates placées respectivement dans un plan radial par rapport
à l'axe médian de l'échantillon.
En principe, il est possible et éventuellement avantageux, en raison du montage simple, que les dispositifs inductifs primaire et secondaire ne soient constitués que d'une seule bobine ou boucle ou maille, dont la position globale est symétrique par rapport à l'axe médian de l'éprouvette, lorsque le dispositif doit être soumis uniquement à
une simple contrainte de traction ou de compression.
Afin de pouvoir appliquer le maximum de types de sollicitations avec le dispositif électromagnétique, le dispositif inductif primaire comporte au moins et de préférence deux bobines primaires, placées face à face et disposées symétriquement par rapport à l'axe médian de l'échantillon Il est également préférable que le dispositif inductif secondaire soit composé d'un nombre de bobines secondaires égal au nombre de bobines primaires et dont la forme corresponde à celle du dispositif inductif primaire, ce dispositif secondaire étant conçu comme plaque massive ou, mieux encore, comme un anneau métallique fermé dont la forme
répond à celle de la bobine primaire correspondante.
Selon une autre version préférentielle de l'invention, un dispositif inductif primaire est placé de chaque côté du dispositif inductif secondaire, de sorte que l'on puisse appliquer au choix une contrainte de compression ou de traction en fonction
du plan inductif primaire visé.
Selon une autre version préférentielle de la présente invention, le dispositif inductif primaire est décalé d'un angle de rotation par rapport au dispositif inductif secondaire, de sorte qu'une impulsion de torsion puisse être exercée sur le dispositif inductif secondaire durant l'excitation du
dispositif inductif primaire.
Dans ce cas, pour autant que les dispositifs inductifs primaires placés dans les deux plans de chaque côté des bobines secondaires sont excités simultanément et de la même façon, les efforts axiaux exercés par ceux-ci sur le dispositif inductif secondaire s'annulent, si bien que seule la contrainte de torsion est maintenue Si, au contraire, un seul des plans du dispositif inductif primaire est excité, une impulsion de traction ou de compression sera
appliquée en plus de l'impulsion de torsion.
Il suffit d'exciter l'une des bobines primaires dans l'un des plans et la bobine primaire placée en face dans l'autre plan pour appliquer une impulsion de flexion sur le dispositif inductif secondaire Mais il est également possible et, le cas échéant, particulièrement avantageux, pour appliquer une contrainte de flexion, de déplacer au moins dans le plan visé l'axe du dispositif primaire par rapport à celui du dispositif secondaire et de l'échantillon, latéralement et, de préférence, parallèlement à cet axe Dans ce cas, une contrainte de traction ou de compression supplémentaire pourra être appliquée
simultanément en fonction du plan visé.
Si, dans ce dernier cas, on décale en même temps le dispositif inductif primaire d'un certain angle par rapport au dispositif inductif secondaire, une contrainte de torsion viendra encore s'ajouter aux
autres.
Il est préférable que l'écart entre les bobines secondaires et les bobines primaires soit réglable, afin de permettre d'autres variantes de contraintes. Pour réaliser tout à fait librement d'autres types de contraintes, il existe une autre forme préférentielle de la présente invention dans laquelle chaque bobine primaire ou chaque série de bobines primaires, par exemple celle d'un plan, peut être excitée indépendamment des autres; plusieurs bobines primaires peuvent aussi être excitées, chacune d'une
manière différente.
En principe, il existe plusieurs formes de bobines plates, telles que les bobines rondes,
circulaires, carrées, rectangulaires ou triangulaires.
Selon une autre version préférentielle de la présente invention, les meilleures bobines ont la forme d'un trapèze dont la base est en position radiale à l'extérieur Les bobines primaires sont de préférence en fil plat De telles bobines permettent d'atteindre un couplage particulièrement intéressant, même lorsque les bobines primaires sont décalées d'un angle de
rotation par rapport aux bobines secondaires.
En principe, le coefficient de couplage ne dépend que de la géométrie externe des bobines concernées; cependant, il est préférable de combler entièrement la section transversale d'enroulement
nécessaire, ce qui est possible avec le fil plat.
En outre, par suite de l'effet de proximité, le fil plat permet d'augmenter le coefficient de
couplage en cas de fréquences plus élevées.
Mais le fil plat garantit surtout une facilité d'enroulement et une meilleure résistance mécanique. Lorsque des impulsions particulièrement élevées doivent être appliquées, des efforts radiaux élevés pouvant atteindre quelques tonnes s'exercent sur les bobines primaires en plus des forces répulsives qui interviennent entre les bobines
primaires et les bobines secondaires correspondantes.
Pour cette raison, selon une forme d'exécution préférentielle de l'invention, on a prévu de placer l'ensemble des bobines primaires ou chacune d'entre elles dans un socle dans lequel la/les bobine(s) primaire(s) sera/seront encastrée(s) Ce socle est conçu de manière à pouvoir absorber tous les efforts radiaux qui interviennent lors de l'excitation du
dispositif inductif primaire.
Ce socle peut être métallique, de préférence en forme d'anneau d'acier fraisé adapté au profil de la bobine, pourvu de fentes étroites à proximité immédiate de la bobine pour supprimer les -courants
Foucault indésirables.
Cependant, il est également possible et, le cas échéant, avantageux de fabriquer un socle en matière plastique renforcée de fibres de préférence de carbone ou de verre, les fibres pouvant avantageusement être enroulées directement sur le bobinage On obtient ainsi un socle particulièrement
rigide, léger et de petite taille.
Dans la mesure o les bobines secondaires sont composées d'un étrier en fil plat ouvert risquant d'être déformé par les efforts radiaux, cet étrier peut aussi être consolidé par une matière plastique renforcée de fibres qui, en raison de sa légèreté, ne faussera pas l'application des impulsions sur l'échantillon. Les socles des dispositifs inductifs décrits ci-dessus et ces dispositifs eux- mêmes peuvent de préférence être conçus de manière à être le moins endommagés possible par les applications réalisées au cours de l'essai de l'échantillon, et par conséquent, à être utilisé plusieurs fois Dans ce cas, ce type de bobines blindées ou confinées résiste mécaniquement et thermiquement à une absorption d'énergie allant jusqu'à 4 k J. Selon une autre version préférentielle de l'invention, il peut cependant s'avérer également avantageux de concevoir les bobines, en particulier les bobines primaires, sous forme de "bobines perdues" qui seront remplacées par de nouvelles bobines après une seule utilisation Avec ce type de bobines, on peut obtenir un accroissement d'énergie supérieur à
celui obtenu avec les bobines encastrées décrites ci-
dessus Toutefois, lors de la fabrication des "bobines perdues", il faut respecter une grande précision
d'usinage pour éviter tout écart d'un essai à l'autre.
On connaît des entreprises qui fabriquent ce type de
bobines avec toute la précision requise.
Les dispositifs inductifs, notamment les bobines primaires, doivent être faites d'un matériau hautement conducteur tel que les alliages d'argent, de cuivre ou d'aluminium Il faut en outre choisir un matériau très résistant à la traction, en raison des
impulsions extrêmement élevées.
Selon une version préférentielle de la présente invention, on choisira pour la bobine un alliage d'aluminium de haute résistance à la traction, par exemple un alliage vendu dans le commerce sous le nom de ZICRAL, dont la résistance à la traction est
supérieure à 600 N/mm 2.
Le dispositif conforme à la présente invention ne permet pas seulement d'appliquer les impulsions les plus diverses, simultanément ou successivement, d'exciter les bobines primaires de manière identique ou différente ou d'exciter le dispositif inductif par une seule impulsion ou une séquence d'impulsions à une fréquence déterminée; il permet aussi d'appliquer différentes formes de contraintes sur l'échantillon, par exemple une charge de longue durée à laquelle se superpose une impulsion ou une séquence d'impulsions A cette fin, il est particulièrement avantageux, selon une autre version de la présente invention, qu'au moins l'une des bobines primaires, et de préférence toutes, disposent au moins d'une autre bobine en plus de celle indispensable à la sollicitation par impulsions Cette seconde bobine peut être conçue pour être adaptée à l'application d'une tension initiale dans le sens de la traction, de la compression, de la flexion ou de la
torsion sur l'échantillon.
Une fois l'essai terminé, l'échantillon peut être examiné minutieusement Mais comme le déroulement de l'essai présente un grand intérêt, il est avantageux, selon d'autres versions de la présente invention, de prévoir des installations permettant de
surveiller le déroulement de l'essai.
Une telle installation est un détecteur comportant plusieurs degrés de liberté pour enregistrer les sollicitations impulsionnelles; ce type de détecteur à 6 degrés de liberté destiné à l'enregistrement des impulsions est vendu dans le commerce Il est préférable qu'un tel détecteur soit monté dans l'un, voire dans les deux ancrages ou éléments de transmission qui relient l'échantillon au
cadre ou au dispositif inductif secondaire.
Le cadre auquel est fixée l'extrémité de l'échantillon éloignée du dispositif électromagnétique est de préférence en forme de cloche; c'est un boîtier fixe, à symétrie de révolution disposé coaxialement par rapport à l'axe médian de l'échantillon, afin d'empêcher qu'une charge s'exerçant d'un seul côté du cadre n'entraîne l'apparition d'efforts de réaction déséquilibrés indésirables dans l'échantillon Ce cadre recueille en outre les débris des éprouvettes rompues. Selon une autre version préférentielle, ce type de cadre comporte au moins un hublot d'observation, par lequel une caméra d'observation
peut enregistrer une séquence de photographies ultra-
rapides de l'échantillon.
De même, l'extrémité de l'échantillon à laquelle est relié solidairement le dispositif inductif secondaire ou l'extrémité libre de l'élément de transmission d'efforts rattaché à cet échantillon et au dispositif inductif secondaire, peuvent
également être libres afin de pouvoir être observés.
Sur un modèle de bobine fabriqué manuellement, on a obtenu une précision de fabrication de 1,77 %, qui peut encore être améliorée dans le cas
d'un modèle usiné.
Le dispositif conforme à la présente invention permet donc d'atteindre des vitesses d'accélération au moins comparables à toutes celles obtenues jusqu'à présent, voire supérieures dans le cas d'un modèle approprié et préférentiel (par exemple
les bobines perdues).
Pourtant, le montage mécanique et électrique du dispositif conforme à la présente invention est simple. Une adaptation du montage mécanique et/ou de l'excitation électrique correspondante permettent de
varier et de combiner les types de sollicitations.
il Le processus de sollicitation peut être commandé électriquement et il n'est pas lié à une séquence mécanique donnée Durant le processus de sollicitation, une régulation temporelle de celui-ci est possible. Des cycles d'efforts (appelés "bursts") dont la séquence peut être commandée électriquement, peuvent être appliqués assez longtemps pour permettre
l'étude de la fatigue du matériau.
On peut superposer des sollicitations
statiques et dynamiques.
Dans l'ensemble, le dispositif conforme à la présente invention permet de soumettre un échantillon ou un élément constitutif à toutes les contraintes auxquelles il est soumis dans la réalité C'est ainsi qu'il est possible de tester par exemple une goupille d'arrêt pour propulseur de fusées, soumise dans la pratique aux sollicitations les plus variées, notamment à une succession rapide d'impulsions; en simulant exactement toutes les sollicitations qui interviennent durant son utilisation Il est donc possible non seulement de s'assurer que la résistance d'un élément est suffisante, mais aussi d'optimiser ledit élément en laboratoire, par exemple en fonction
du poids.
L'invention ne concerne pas seulement le dispositif d'essais des matériaux décrit ci-dessus et dans ce qui suit, mais aussi expressément les méthodes
d'essais des matériaux appliquées avec ce dispositif.
On a dit précédemment que le cadre auquel est relié solidairement l'une des extrémités de l'échantillon était fixe Toutefois, il ne doit être fixe que relativement par rapport à l'extrémité de l'échantillon qui est reliée et peut, du reste, être mobile par rapport aux autres éléments du cadre, supports, ancrages, etc A la limite, lorsque la masse de l'échantillon est très élevée, l'extrémité devant être reliée au cadre n'a pas besoin d'être fixée et peut rester libre; dans ce cas l'inertie de l'échantillon remplace la fixation au cadre, les
effets selon la présente invention étant identiques.
L'objet de l'invention sera expliqué encore plus en détail à titre d'exemple à l'aide des schémas ci-joints. Ces schémas représentent en figure la, le principe de montage du dispositif conforme à la présente invention; figure lb, une coupe partielle oblique d'une bobine primaire conforme à la présente invention; figure 2 a, la vue de face d'un dispositif d'essais de traction conforme à la présente invention; figure 2 b, la coupe verticale des éléments essentiels du dispositif conforme à la présente invention destiné aux essais de compression; figure 3 a, le schéma électrique d'un modèle de dispositif conforme à la présente invention; figures 3 b à 3 d, différents modèles de commutateurs de commande destinés à exciter le dispositif conforme à la présente invention; et en figures 4 à 11, le schéma d'un modèle de dispositif conforme à la présente invention analogue à celui de la figure la, la disposition des systèmes inductifs primaire et secondaire variant d'une figure à l'autre, ce qui fait varier la forme de la
sollicitation dans l'échantillon.
Dans les figures, les mêmes chiffres repèrent toujours les mêmes éléments ou des éléments analogues. A présent, on se réfère à la figure la, qui représente un barreau de matériau 1, dont chaque extrémité est reliée à un élément de transmission 2 qui, pour sa part, n'est pas beaucoup plus long, mais est nettement plus épais que l'échantillon 1. L'axe médian 9 (voir figures 2 a, 2 b) de
l'échantillon 1 est disposé verticalement.
L'extrémité supérieure de l'élément de transmission supérieur 2 est ancrée solidairement dans un appui fixe 5, qui est solidement relié au cadre fixe (non représenté) du dispositif ou en constitue
une partie.
A l'extrémité inférieure de l'élément de transmission inférieur 2 est installé solidairement un dispositif inductif secondaire 3 constitué de deux étriers fermés en forme de trapèze disposés dans un plan radial par rapport à l'axe médian 9 et symétriquement par rapport à cet axe médian 9, la base de chacun des trapèzes étant située radialement à
l'extérieur.
Les deux petits côtés du trapèze qui se font face sont reliés entre eux en une seule pièce pour former une plaque à peu près carrée Les étriers ont, au demeurant, une épaisseur pariétale de préférence nettement inférieure à leur hauteur dans le sens axial Cette caractéristique n'est cependant pas absolument indispensable dans tous les cas; l'épaisseur pariétale pourrait aussi, le cas échéant, ne pas être inférieure à la hauteur dans le sens
axial.
En dessous du dispositif secondaire et exactement face à celui-ci axialement est placé un dispositif inductif primaire composé de deux bobines primaires 4, placé dans un plan radial et fixé
solidement au cadre du dispositif (non représenté).
Chacune des deux bobines primaires 4 est une bobine plate trapézoïdale séparée des autres, dont la forme correspond à celle des deux bobines secondaires 3 en forme d'étrier Le matériau constituant ces bobines secondaires possède une haute conductivité électrique; il s'agit par exemple d'un alliage d'aluminium, de cuivre ou d'argent En outre, l'accélérabilité électromagnétique et la résistance mécanique sont des propriétés critiques du matériau constituant les bobines secondaires L'accélérabilité électromagnétique est le quotient de la densité du matériau par sa conductivité et permet d'évaluer dans quelle mesure un matériau peut être accéléré électromagnétiquement Comme dans le cas du dispositif représenté, la masse totale des bobines secondaires est mise en mouvement, c'est cette grandeur dont il faudra tenir compte en priorité C'est pourquoi tous les alliages d'aluminium hautement résistants sont particulièrement avantageux, puisque à densité relativement faible, ils possèdent la conductivité
électrique et la résistance mécanique nécessaires.
Au lieu du dispositif composé respectivement de deux bobines primaires 4 et de deux bobines secondaires 3 disposées face à face, on peut aussi
prévoir quatre bobines de chaque type.
Lorsqu'un courant traverse les bobines primaires 4 dans le sens des flèches discontinues, un courant marqué par les flèches continues est induit en
sens inverse dans les bobines secondaires 3.
Indépendamment du sens du courant, il apparaît entre le dispositif inductif primaire 4 et le dispositif inductif secondaire 3 une force répulsive qui, dans l'exemple représenté, exerce une contrainte de
compression sur l'échantillon 1.
Un exemple de modèle préférentiel de bobine primaire 4 est représenté en figure lb; cette bobine primaire est une bobine plate composée de cinq spires de fil plat, de profil triangulaire ou trapézoïdal; le côté large du fil plat s'étend perpendiculairement au plan de la bobine 4 Le fil plat a de préférence une section de 7,5 x 1,5 mm 2 et est en cuivre ou de préférence en un matériau commercialisé sous le nom
d'Isola-Thermex C 2,5-306.
Cependant, on peut aussi utiliser d'autres
sections de fil, par exemple rondes ou carrées.
La figure 2 a représente un modèle de dispositif d'essais des matériaux Dans ce cas comme sur le schéma de la figure la, l'échantillon 1 est prolongé à chacune de ses deux extrémités par un
élément de transmission 2.
L'élément de transmission supérieur 2 est vissé dans un cadre en forme de cloche 8 essentiellement à symétrie de révolution et disposé coaxialement par rapport à l'axe médian 9 de l'échantillon 1, le cadre 8 entourant l'échantillon 1
par un évidement intérieur.
A sa face inférieure, le cadre 8 présente une surface terminale qui s'étend radialement par rapport à l'axe médian 9 et sur laquelle est appuyé un
dispositif inductif secondaire 3.
En face du dispositif inductif secondaire 3 est disposé axialement à celui-ci un dispositif inductif primaire 4 compatible qui s'appuie sur un support 6 à symétrie de révolution comme le cadre 8 et présentant une surface terminale dans un plan radial contre laquelle le dispositif primaire 4 vient prendre appui. Le dispositif inductif primaire 4 et/ou le dispositif inductif secondaire 3 peuvent aussi être encastrés respectivement dans les surfaces terminales servant de support, de manière à ne pas pouvoir
s'élargir sous l'effet d'efforts radiaux.
Le support 6 comporte un alésage axial central de part en part, dont la partie supérieure reçoit l'élément de transmission 2 et dont la partie inférieure présente un diamètre plus grand et reçoit une butée 7 dans laquelle est vissée l'extrémité
inférieure de l'élément de transmission inférieur 2.
Pour exciter le dispositif inductif primaire 4, il est prévu comme source d'énergie d'impulsion de courant un condensateur 21 pouvant se décharger par un commutateur 20 et une ligne d'alimentation 22 sur le
dispositif inductif primaire 4.
Les accumulateurs d'énergie capacitifs 21 sont commercialisés et conçus pour des énergies allant de quelques joules à plusieurs mégajoules; le modèle représenté sera conçu de préférence pour environ 4 k J. Durant la décharge du condensateur 21, les deux dispositifs inductifs 3 et 4 se séparent, ce qui entraîne l'application d'une contrainte de traction
impulsionnelle sur l'échantillon 1.
On peut prévoir un hublot dans le cadre 8 pour observer l'échantillon 1 au cours de l'essai Un hublot peut également être prévu dans l'appui 6 pour observer l'extrémité inférieure de l'élément de
transmission inférieur 2.
La figure 2 b représente un échantillon 1 en forme de barreau dont l'extrémité supérieure s'appuie contre un élément-cadre 5 L'extrémité inférieure de l'échantillon 1 est posée sur une plaque 2 disposée radialement par rapport à l'axe médian 9 de l'éprouvette 1 et sur le dessous de laquelle s'appuie un dispositif inductif secondaire 3 La plaque 2 constitue ici un élément de transmission d'efforts entre l'échantillon 1 et le dispositif inductif
secondaire 3.
Parallèlement à la plaque 2 et en dessous de celle-ci, il est prévu la surface terminale supérieure d'un appui inférieur 6 sur lequel est disposé un dispositif inductif primaire 4 compatible avec le dispositif inductif secondaire 3 et placé coaxialement
face à celui-ci. Le dispositif inductif primaire 4 et le dispositif inductif secondaire 3
peuvent être encastrés dans les surfaces d'appui respectives des éléments 6 et 2 prévues pour recevoir les efforts radiaux. L'appui 6 est relié solidairement à
l'élément-cadre 5.
Pour exciter le dispositif inductif primaire 4, il est prévu un condensateur 21, un commutateur 20 et une connexion 22 analogues à ce qui a déjà été dit
à propos du modèle de la figure 2 a.
Lorsque le dispositif inductif primaire 4 est excité, il s'écarte du dispositif inductif secondaire 3, ce qui soumet l'échantillon 1 à une sollicitation de compression ou d'écrasement de type impulsionnel. Dans les deux modèles des figures 2 a et 2 b, l'appui 6 constitue le système de laboratoire au repos En outre, l'ancrage de l'extrémité supérieure de l'échantillon 1 au cadre 8 ou 5 peut disparaître lorsque l'échantillon 1 a une masse telle qu'il n'est
pas nécessaire de le fixer pour effectuer une mesure.
Cependant, il est essentiel que toute contrainte ne soit induite que dans l'une des extrémités de l'échantillon 1, tandis que l'autre extrémité reste immobile, soit parce qu'elle est fixée au cadre, soit
en raison de la masse propre de l'échantillon.
Les figures 3 a à 3 d représentent un circuit d'excitation du dispositif inductif primaire, le chiffre 20 désignant un déclencheur, 21 un condensateur ou un montage de condensateurs, 22 une connexion, 4 le dispositif inductif primaire, 3 le dispositif inductif secondaire, Il le courant alimentant le dispositif inductif primaire 4 et I 2 le courant alimentant le dispositif inductif
secondaire 3.
La figure 3 a représente un appareil particulièrement simple servant à générer un courant impulsionnel Ici, on charge un condensateur 21 qui sera raccordé, le moment venu, au dispositif inductif primaire 4 par l'intermédiaire d'un commutateur à haute énergie 20 conçu de préférence sous forme de thyristor ou d'ignitron Le courant s'établit alors avec une allure amortie presque sinusoïdale, de sorte que les efforts induits dans l'éprouvette suivent une courbe sin 2 amortie Tandis que l'amplitude de l'impulsion peut être donnée par la tension de charge du condensateur 21, la largeur d'impulsion et, par conséquent, la durée d'application d'une charge sur l'échantillon peuvent être commandées en sélectionnant la capacité du condensateur 21 ou par l'inductance du
système de bobines 3 et 4.
Dans chacun des exemples, il faut tenir compte de l'impédance de la connexion 22 lors du dimensionnement des composants des circuits d'excitation. Si l'impulsion de courant doit avoir une forme différente de la forme sinusoïdale citée, on peut utiliser de préférence des appareils d'alimentation (par exemple KEPCO, ABB) à commande électronique ou par ordinateur; ce type d'appareil, malgré les courants relativement faibles qu'il génère, permet d'étudier des échantillons conçus en conséquence, dont le diamètre ne dépasse pas quelques millimètres, par exemple des sections de fil, mais ils
ont aussi l'avantage de permettre une commande quasi-
libre du processus d'impulsion, de la fréquence de l'impulsion, etc Dans la figure 3 b, le montage de condensateurs 21 présente par rapport à celui de la figure 3 a un circuit LC supplémentaire servant d'accumulateur d'énergie; à partir du passage de courant ainsi obtenu, on obtient une sollicitation plus douce de l'échantillon Pour la mise en forme de l'impulsion de courant, on peut prévoir encore
d'autres circuits LC.
Dans le modèle de la figure 3 c, on a prévu une diode dite "Crow-Bar" pour la mise en forme de l'impulsion de courant; on constate la présence d'une résistance destinée à remplacer les pertes ohmiques de la ligne d'alimentation Par le montage en parallèle de la diode au système d'induction, on impose une impulsion de courant dite "unilatérale", qui se prête de préférence à la réalisation de contraintes de choc
très courtes.
Dans l'exemple de la figure 3 d, on a intercalé des résistances supplémentaires pour la mise en forme de l'impulsion, afin d'obtenir une atténuation de courant déterminée Ceci permet de couvrir l'ensemble du domaine allant de l'oscillation peu amortie à l'oscillation suramortie Les cas de sollicitation susceptibles d'être obtenus de cette
manière sont très variés.
D'autres variantes sont parfaitement possibles si on utilise des techniques de commutation à éléments de régulation connues usuelles en
électronique de puissance.
Le dispositif inductif primaire peut comporter plusieurs enroulements, qui peuvent notamment être imbriqués les uns dans les autres comme c'est le cas dans les moteurs linéaires Ainsi, un courant engendrant une précontrainte mécanique peut être acheminé à travers l'enroulement du dispositif inductif primaire prévu à cet effet, afin que l'échantillon puisse être soumis à une précontrainte statique; ensuite, d'autres impulsions peuvent être superposées à cette précontrainte statique en excitant d'autres enroulements prévus à cet effet, par exemple, par l'un des circuits d'excitation des figures 3 a à 3 d. Les figures 4 à 11 représentent différents cas de sollicitation qui dépendent uniquement de la position des bobines primaires par rapport aux bobines secondaires Les forces en présence sont indiquées par les flèches F Les axes (non représentés) des bobines primaires et secondaires 4, 3 sont toujours parallèles
à l'axe médian 9.
La figure 4 représente le même dispositif que la figure la; les bobines primaires 4 sont disposées coaxialement en face des bobines secondaires 3 du côté opposé à l'échantillon 1 Lorsqu'on excite les bobines primaires 4, l'échantillon 1 est soumis
exclusivement à une contrainte de compression.
La figure 5 représente un dispositif analogue à celui de la figure la quant au nombre et à la forme des bobines 3, 4; les bobines primaires 4 sont disposées coaxialement en face des bobines
secondaires 3 du côté faisant face à l'échantillon 1.
Lorsqu'on excite les bobines primaires 4, l'échantillon 1 est soumis exclusivement à une
contrainte de traction.
La figure 6 représente un dispositif analogue à celui de la figure la quant au nombre et à la forme des bobines 3, 4; les deux bobines primaires 4 sont respectivement disposées coaxialement en face d'une bobine secondaire 3, l'une du côté faisant face à l'échantillon 1, l'autre du côté opposé à l'échantillon 1 Lorsqu'on excite les bobines primaires 4, l'échantillon 1 est soumis exclusivement à une contrainte de flexion, dont le sens dépend de la
disposition des bobines primaires 4.
La figure 7 représente un dispositif analogue à celui de la figure la quant à la forme des bobines 3, 4 et au nombre de bobines secondaires 3; toutefois les bobines primaires 4 sont disposées coaxialement les unes en face des autres de chaque côté des bobines secondaires 3, mais leur axe est décalé d'un certain angle par rapport à chacune des bobines secondaires 3 et à l'axe médian 9 Lorsqu'on excite les bobines primaires 4, l'échantillon est
exclusivement soumis à une contrainte de torsion.
La figure 8 représente un dispositif analogue à celui de la figure la quant au nombre et à la forme des bobines 3, 4; les bobines primaires 4 sont disposées sur le côté des bobines secondaires 3 opposé à l'échantillon 1, mais décalées latéralement d'un intervalle x par rapport à celles-ci, de manière que le dispositif inductif primaire ne soit plus disposé coaxialement par rapport au dispositif secondaire et à l'axe médian 9 Lorsqu'on excite les bobines primaires 4, l'échantillon 1 est soumis à une
contrainte mixte de compression et de flexion.
La figure 9 représente un dispositif analogue à celui de la figure la quant au nombre et à la forme des bobines 3, 4; les bobines primaires 4 sont disposées sur le côté des bobines secondaires 3 faisant face à l'échantillon 1, mais décalées
latéralement d'un intervalle x par rapport à celles-
ci, de manière que le dispositif inductif primaire ne soit plus disposé coaxialement par rapport au dispositif inductif secondaire et à l'axe médian 9. Lorsqu'on excite les bobines primaires 4, l'échantillon 1 est soumis à une contrainte mixte de
traction et de flexion.
La figure 10 représente un dispositif analogue à celui de la figure la quant au nombre et à la forme des bobines 3, 4; les bobines primaires 4 sont disposées sur le côté des bobines secondaires 3 opposé à l'échantillon 1, mais décalées d'un certain angle par rapport à celles- ci et à l'axe médian 9, mais le dispositif inductif primaire est disposé coaxialement par rapport au dispositif secondaire et à l'axe médian 9 Lorsqu'on excite les bobines primaires 4, l'échantillon 1 est soumis exclusivement à une
contrainte mixte de compression et de torsion.
La figure 11 représente un dispositif analogue à celui de la figure la quant au nombre et à la forme des bobines 3, 4; les bobines primaires 4 sont disposées sur le côté des bobines secondaires 3 faisant face à l'échantillon 1, mais décalées d'un angle par rapport à celles-ci et à l'axe médian 9, mais le dispositif inductif primaire est disposé coaxialement par rapport au dispositif inductif secondaire et à l'axe médian 9 Lorsqu'on excite les bobines primaires 4, l'échantillon 1 est exclusivement soumis à une contrainte mixte de traction et de torsion. Lorsque, dans les versions des figures 10 et 11, les bobines primaires 4 sont décalées latéralement par rapport aux bobines secondaires 3 comme dans le dispositif des figures 8 et 9, une contrainte de flexion est appliquée en plus de la contrainte de torsion et de la contrainte de compression ou de traction. On peut donc soumettre l'échantillon 1 à pratiquement toutes les formes de contraintes souhaitées.

Claims (11)

REVENDICATIONS
1 Dispositif de contrôle électrodynamique d'un échantillon, l'une des extrémités de l'échantillon pouvant être reliée solidairement à un dispositif électromagnétique, lui-même fixé à un cadre, caractérisé en ce que l'autre extrémité de l'échantillon ( 1) est reliée solidairement au cadre ( 5; 12) et en épouse de préférence la forme; et en ce que le dispositif électromagnétique ( 3, 4) est conçu pour permettre d'appliquer au choix, séparément ou de préférence simultanément, au moins une des impulsions de traction, de compression, de torsion
et/ou de flexion.
2 Dispositif conforme à la revendication 1, dans lequel le système électromagnétique comporte un dispositif inductif primaire en face duquel se trouve également un dispositif inductif secondaire, disposé dans un plan radial par rapport à un axe médian reliant les deux extrémités de l'échantillon, caractérisé en ce que le dispositif inductif primaire comporte au moins une bobine primaire ( 4), et de préférence deux, disposées symétriquement par rapport à l'axe médian ( 9) dans au moins un plan radial à proximité du plan radial du dispositif inductif secondaire, et dont la position est ou peut être rendue fixe par rapport au dispositif inductif secondaire, et en ce que le dispositif inductif secondaire situé en face de la/des bobine(s) primaire(s) ( 4) est constitué de préférence d'une ou de plusieurs et de préférence de deux bobines secondaires ( 3) dont la forme correspond de préférence
à celle des bobines primaires.
3 Dispositif conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que les bobines primaires ( 4) sont placées par rapport à l'axe médian ( 9) dans deux plans radiaux disposés de chaque côté du dispositif inductif secondaire ( 3). 4 Dispositif conforme à l'une des
revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le
dispositif inductif primaire ( 4) peut être décalé par rapport au dispositif secondaire ( 3) d'un angle de rotation (a) par rapport à l'axe médian ( 9) et/ou que son axe peut être décalé d'un intervalle (x) par rapport à l'axe médian ( 9) et/ou que leur distance
réciproque est réglable.
Dispositif conforme à l'une des
revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les
bobines primaires ( 4) peuvent être excitées séparément
ou en groupe.
6 Dispositif conforme à l'une des
revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les
bobines primaires ( 4) sont des bobines plates en fil plat et ont de préférence la forme d'un trapèze
(figure lb).
7 Dispositif conforme à l'une des
revendications 2 à 6, caractérisé en ce que les
bobines primaires ( 4) sont encastrées dans un socle recevant les efforts radiaux, de préférence conçu sous forme de socle métallique fendu ou de socle en matière
plastique renforcé par fibres.
8 Dispositif conforme à l'une des
revendications 2 à 7, caractérisé en ce que les
bobines primaires ( 4) sont prévues pour n'être
utilisées qu'une seule fois.
9 Dispositif conforme à l'une des
revendications 2 à 8, caractérisé en ce que les
bobines primaires ( 4) sont en alliage d'aluminium de
haute résistance à la traction.
Dispositif conforme à l'une des
revendications 2 à 9, avec un circuit d'excitation
raccordable au dispositif inductif primaire, caractérisé en ce qu'au moins l'une des bobines primaires ( 4) comporte, en plus de son enroulement, au moins un deuxième enroulement susceptible d'être excité par le circuit d'excitation indépendamment du
premier.
11 Dispositif conforme à l'une des
revendications 1 à 10, caractérisé par un détecteur à
plusieurs degrés de liberté, de préférence six,
destiné à recueillir les impulsions.
12 Dispositif conforme à l'une des
revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le cadre
( 8) entoure à la manière d'une cloche l'extrémité de l'échantillon ( 1) à laquelle il est relié et comporte
un hublot d'observation.
13 Dispositif conforme à l'une des
revendications 1 à 12, caractérisé en ce que
l'extrémité de l'échantillon ( 1) relié au dispositif inductif secondaire ( 3) ou que l'élément de transmission des efforts ( 2) raccordant l'échantillon au dispositif inductif secondaire ( 3) peuvent être
librement observés.
14 Dispositif conforme à l'une des
revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le
dispositif inductif secondaire ( 3) est soumis à une
excitation étrangère.
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