FR2700613A1 - Compression testing system for tube samples - Google Patents
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Abstract
Description
DISPOSITIF DE REPRISE D'EFFORTS POUR ESSAIS DE COXPRESSION
SUR DES PIECES DE SECTION TUBULAIRE
La présente invention a trait aux essais de compression sur des pièces de section tubulaire et plus particulièrement, bien que non exclusivement, des éprouvettes tubulaires représentatives d'éléments tubulaires en matériaux composites, chargés de transmettre ou recevoir des efforts, tels que des bielles structurales monoblocs réalisées par dépose filamentaire.STRENGTHENING DEVICE FOR COXPRESSION TESTS
ON TUBULAR SECTION PARTS
The present invention relates to compression tests on parts of tubular section and more particularly, although not exclusively, tubular test pieces representative of tubular elements made of composite materials, responsible for transmitting or receiving forces, such as one-piece structural rods made by filament removal.
Ces bielles sont de plus en plus utilisées dans le domaine de la construction aéronautique, du fait de leur rigidité spécifique élevée eu égard à leur poids. These connecting rods are used more and more in the field of aeronautical construction, because of their high specific rigidity having regard to their weight.
Afin de vérifier la conformité de telles structures avec les spécifications de l'utilisateur et, plus précisément d'évaluer la résistance aux dommages, tels que les chocs, susceptibles d'affecter lesdites structures au cours de leur fabrication et/ou de leur manutention, il est nécessaire d'effectuer une caractérisation mécanique en compression sur des tubes ayant subi des chocs transversaux mais également sur des tubes n'ayant pas reçu de tels chocs. Ceci conduit à réaliser de nombreux essais de compression sur des éprouvettes tubulaires représentatives de la partie courante des futures bielles en matériaux composites, ces éprouvettes étant réalisées suivant le même processus de fabrication (dépose filamentaire) que les bielles à caractériser.De plus, sur ces éprouvettes on reproduit fidèlement, à la manière connue, les dégradations éventuelles que pourraient subir les bielles notamment au cours de leur fabrication ou montage. In order to verify the conformity of such structures with the specifications of the user and, more precisely to assess the resistance to damage, such as shocks, likely to affect said structures during their manufacture and / or handling, it is necessary to perform a mechanical characterization in compression on tubes having undergone transverse shocks but also on tubes which have not received such shocks. This leads to carrying out numerous compression tests on tubular test pieces representative of the current part of future connecting rods made of composite materials, these test pieces being produced according to the same manufacturing process (filamentary deposition) as the connecting rods to be characterized. test pieces faithfully reproduces, in known manner, any damage that the connecting rods could undergo, in particular during their manufacture or assembly.
L'invention va être décrite ci-après dans son application à une telle caractérisation, mais il est évident qu'elle peut s'appliquer à tout essai en compression de pièces tubulaires, qu'elles soient ou non en matériaux composites. The invention will be described below in its application to such a characterization, but it is obvious that it can be applied to any test in compression of tubular parts, whether or not made of composite materials.
Pour effectuer des essais de compression sur des pièces tubulaires, telles que par exemple des éprouvettes représentatives de bielles structurales monoblocs en matériaux composites, réalisées par dépose filamentaire, on est très souvent amené, afin d'opérer dans de bonnes conditions, à équiper les éprouvettes de dispositifs, dénommés talons de reprise d'efforts, assurant une répartition correcte de l'effort au sein du matériau et permettant de s'affranchir des ruptures prématurées par matage. To carry out compression tests on tubular parts, such as for example test pieces representative of one-piece structural connecting rods in composite materials, produced by filamentary deposition, it is very often necessary, in order to operate under good conditions, to equip the test pieces of devices, called heels of recovery of forces, ensuring a correct distribution of the force within the material and making it possible to get rid of premature ruptures by matting.
Ces talons sont des pièces métalliques collées sur le matériau composite suivant une procédure de mise en oeuvre qui prend plusieurs jours avant de réaliser l'essai en compression. These heels are metal parts bonded to the composite material according to an implementation procedure which takes several days before carrying out the compression test.
Un tel outillage est donc spécifique à chaque essai, non interchangeable et non récupérable. En outre, si les essais sont réalisés en température, il est nécessaire d'utiliser des résines de collage adaptées aux températures d'essai. Such tools are therefore specific to each test, not interchangeable and non-recoverable. In addition, if the tests are carried out at temperature, it is necessary to use bonding resins suitable for the test temperatures.
La présente invention vise à pallier les inconvénients d'un tel système en proposant un dispositif à talons rapportés amovibles, récupérables, facilement et rapidement adaptable à des éprouvettes tubulaires à tester en compression. The present invention aims to overcome the drawbacks of such a system by proposing a device with removable heels, recoverable, easily and quickly adaptable to tubular test pieces to be tested in compression.
A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de reprise d'efforts pour essais de compression sur des pièces de section tubulaire, caractérisé en ce qu'il est constitué, à au moins l'une des extrémités de la pièce à tester, d'un talon rapporté amovible comprenant
- une embase dont une face est munie d'une gorge de
forme appropriée à la section de la pièce, dont la
paroi interne présente un profil correspondant au
profil interne de ladite pièce, ladite gorge étant
susceptible de recevoir l'une des extrémités de la
pièce, l'autre face de l'embase étant agencée pour
être reçue sur les plateaux de la machine d'essai en
compression
- un dispositif de joint en matériau déformable, de
forme annulaire, inséré dans ladite gorge entre la
face externe de la pièce et la paroi externe de la
gorge
- un serre-joint annulaire susceptible de s'engager
dans ladite gorge en comprimant ledit dispositif de
joint et
- des moyens pour presser le serre-joint contre ladite
embase en sorte d'appliquer audit dispositif de joint
des efforts de compression déterminés, réglables.To this end, the invention relates to a force recovery device for compression tests on parts of tubular section, characterized in that it is constituted, at at least one of the ends of the part to be tested , a removable heel including
- a base, one face of which is provided with a groove
shape appropriate to the section of the room, the
internal wall has a profile corresponding to the
internal profile of said part, said groove being
likely to receive one of the ends of the
part, the other face of the base being arranged to
be received on the trays of the testing machine in
compression
- a seal device made of deformable material,
annular shape, inserted in said groove between the
external face of the part and the external wall of the
throat
- an annular clamp capable of engaging
down said throat by compressing said
attached and
- Means for pressing the clamp against said
base so as to apply to said seal device
determined, adjustable compression forces.
Avantageusement, une bague en un matériau métallique déformable est interposée entre le fond de ladite gorge et la tranche d'extrémité en regard de ladite pièce à tester, afin de rattraper d'éventuels défauts de parallélisme entre les deux tranches, ou faces d'appui, de la pièce. Advantageously, a ring made of a deformable metallic material is interposed between the bottom of said groove and the end edge facing said piece to be tested, in order to make up for any parallelism defects between the two edges, or bearing faces. , of the room.
Un tel dispositif présente les avantages suivants. I1 permet un montage et un démontage des talons rapportés simple et rapide, les talons pouvant être réutilisés aussitôt pour d'autres éprouvettes. Un même dispositif peut accepter des tubes circulaires de même diamètre intérieur et d'épaisseur de paroi variable, la largeur de la gorge recevant l'extrémité du tube le permettant et le dispositif de joint inséré dans la gorge étant agencé en conséquence. Such a device has the following advantages. I1 allows quick and easy mounting and dismounting of the attached heels, the heels being able to be reused immediately for other test pieces. The same device can accept circular tubes of the same internal diameter and of variable wall thickness, the width of the groove receiving the end of the tube allowing it and the seal device inserted in the groove being arranged accordingly.
La pression du serre-joint annulaire est uniforme sur le dispositif de joint autour du tube emprisonné. Les éventuels défauts de parallélisme entre les faces d'appui du tube sont repris, lors de la mise en charge de l'éprouvette, par la bague de fond de gorge qui se déforme par écrouissage. The pressure of the annular clamp is uniform on the seal device around the trapped tube. Any defects in parallelism between the bearing faces of the tube are taken up, when the specimen is loaded, by the groove bottom ring which deforms by work hardening.
Suivant la nature du matériau de l'éprouvette, le dispositif de joint est adapté et peut consister en un simple joint torique, de dimension appropriée, ou bien un ou plusieurs joints de section carrée et de dureté élevée, par exemple en élastomère, pour des matériaux à haut niveau de performance ou des essais en température. Depending on the nature of the specimen material, the seal device is suitable and may consist of a simple O-ring, of appropriate size, or one or more seals of square cross section and of high hardness, for example made of elastomer, for high performance materials or temperature testing.
L'invention s'applique à des éprouvettes tubulaires ayant leurs deux extrémités, ou seulement une seule, de forme tubulaire. The invention applies to tubular test pieces having their two ends, or only one, of tubular shape.
Par ailleurs, par éprouvette tubulaire on entend une éprouvette constituée par un tube de section circulaire, carrée, rectangulaire, polygonale, elliptique, ou tout autre forme, la gorge réceptrice de l'embase du dispositif, ainsi que le serre-joint associé étant conformés en conséquence, ainsi que l'éventuelle bague de fond de gorge et, éventuellement, le dispositif de joint. Furthermore, by tubular test tube is meant a test tube constituted by a tube of circular, square, rectangular, polygonal, elliptical, or any other shape, the receiving groove of the base of the device, as well as the associated clamp being shaped. accordingly, as well as the possible bottom groove ring and, optionally, the seal device.
D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de réalisation du dispositif de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des dessins annexés sur lesquels
- Figure 1 est une vue en coupe axiale d'un dispositif
selon l'invention en place à l'extrémité d'une
éprouvette tubulaire à section circulaire, et
- Figure 2 illustre l'éprouvette de la figure 1 avec
ses talons de reprise d'effort d'extrémité en place
sur un banc d'essai en compression.Other characteristics and advantages will emerge from the description which follows of an embodiment of the device of the invention, description given by way of example only and with reference to the appended drawings in which
- Figure 1 is an axial sectional view of a device
according to the invention in place at the end of a
tubular specimen with circular section, and
- Figure 2 illustrates the test tube of Figure 1 with
his end force recovery heels in place
on a compression test bench.
Sur la figure 1 on a représenté une éprouvette tubulaire en matériau composite 1 dont l'extrémité est engagée dans une gorge circulaire 2 ménagée dans une embase métallique 3 en forme de disque circulaire. In Figure 1 there is shown a tubular test piece of composite material 1 whose end is engaged in a circular groove 2 formed in a metal base 3 in the form of a circular disc.
La gorge 2 présente un fond plat 4, une paroi interne 5 perpendiculaire au fond 4 et délimitant un fut central 6 sur lequel est enfilée l'extrémité de l'éprouvette 1 et une paroi externe 7 perpendiculaire au fond 4, coaxiale audit fut central 6 et située à une distance de la paroi interne 5 suffisante pour accueillir des éprouvettes 1 d'épaisseur de paroi variable, ainsi que les moyens de serrage de la périphérie des éprouvettes dans la zone insérée dans la gorge 2. The groove 2 has a flat bottom 4, an inner wall 5 perpendicular to the bottom 4 and delimiting a central drum 6 on which is threaded the end of the test piece 1 and an outer wall 7 perpendicular to the bottom 4, coaxial with said central drum 6 and located at a distance from the internal wall 5 sufficient to accommodate test pieces 1 of variable wall thickness, as well as the means for clamping the periphery of the test pieces in the area inserted in the groove 2.
Une bague en forme de rondelle plate circulaire 8, de largeur correspondant sensiblement à celle de la gorge 2, est placée sur le fond 4 en étant interposée entre ce dernier et la tranche 9 de l'extrémité de l'éprouvette 1. A ring in the form of a circular flat washer 8, of width corresponding substantially to that of the groove 2, is placed on the bottom 4, being interposed between the latter and the edge 9 of the end of the test piece 1.
Les moyens de serrage de la périphérie de l'extrémité de l'éprouvette sont constitués d'un dispositif de joint 10 de forme et dimensions appropriées, inséré dans la gorge 2 entre la bague 8, la face externe de l'éprouvette 1 et la paroi externe 7 de la gorge 2. The clamping means of the periphery of the end of the test piece consist of a seal device 10 of suitable shape and dimensions, inserted in the groove 2 between the ring 8, the external face of the test piece 1 and the outer wall 7 of the groove 2.
Le dispositif de joint 10 est susceptible d'être comprimé par un serre-joint annulaire 11 présentant une face externe cylindrique 12 de diamètre correspondant à celui de la paroi externe 7 de la gorge 2 et une face interne cylindrique 13 coaxiale à la face 12, située à une distance de l'éprouvette 1, lorsque celle-ci est en place dans la gorge 2, suffisante pour accepter différentes épaisseurs de paroi d'éprouvette. The seal device 10 can be compressed by an annular clamp 11 having a cylindrical external face 12 of diameter corresponding to that of the external wall 7 of the groove 2 and a cylindrical internal face 13 coaxial with the face 12, located at a distance from the test piece 1, when the latter is in place in the groove 2, sufficient to accept different thicknesses of the test piece wall.
Le serre-joint annulaire 11 est solidaire d'une bride de serrage annulaire 14, munie d'un certain nombre de perçages 15 parallèles à l'axe du fut central 6 de l'embase 3 et régulièrement distribués à la périphérie de la bride 14, en regard de perçages taraudés 16 ménagés dans l'embase 3 en correspondance avec lesdits perçages 15. Les perçages 15 et 16 reçoivent des boulons (symbolisés en 17) permettant, à l'aide d'une clé dynamométrique, de presser la bride 14 contre l'embase 3 avec des efforts déterminés et régulièrement répartis sur la périphérie externe de l'extrémité d'éprouvette encastrée dans la gorge 2. The annular clamp 11 is integral with an annular clamping flange 14, provided with a number of holes 15 parallel to the axis of the central shaft 6 of the base 3 and regularly distributed around the periphery of the flange 14 , opposite threaded holes 16 formed in the base 3 in correspondence with said holes 15. The holes 15 and 16 receive bolts (symbolized at 17) allowing, using a torque wrench, to press the flange 14 against the base 3 with determined forces and regularly distributed over the external periphery of the end of the test piece embedded in the groove 2.
Pour faciliter l'insertion de l'extrémité de l'éprouvette 1 dans la gorge 2, l'arête circulaire du fut 6 est chanfreinée en 18. Par ailleurs, le fut 6 est tubulaire pour recevoir, sur la face de l'embase 3 opposée à l'éprouvette, les pièces d'interfaçage du banc d'essai en compression. To facilitate the insertion of the end of the test piece 1 into the groove 2, the circular edge of the barrel 6 is chamfered at 18. Furthermore, the barrel 6 is tubular to receive, on the face of the base 3 opposite the test piece, the interface parts of the compression test bench.
Lors du montage du dispositif sur chaque extrémité de l'éprouvette 1 à tester, la bague 8 est d'abord mise en place en fond de gorge 2, puis l'extrémité de l'éprouvette est enfilée sur le fut 6. De préférence, l'ajustement éprouvette 1 - embase 3 doit être légèrement serré afin de faciliter le positionnement de l'éprouvette dans son embase. On insère ensuite le dispositif de joint 10 (représenté en position non comprimée sur la figure 1). Celui-ci est constitué, par exemple pour un matériau d'éprouvette à faible niveau de performance, d'un ou plusieurs joints toriques en élastomère et, pour des matériaux d'éprouvette à haut niveau de performance, d'un ou plusieurs joints de section carrée, en élastomère de dureté élevée pour s'affranchir des ruptures prématurées par matage dans le dispositif de reprise d'efforts.La nature de l'élastomère peut être bien entendu adaptée à la température d'essai. When mounting the device on each end of the test piece 1 to be tested, the ring 8 is first put in place at the bottom of the groove 2, then the end of the test piece is threaded onto the barrel 6. Preferably, the adjustment of test piece 1 - base 3 must be slightly tightened in order to facilitate positioning of the test piece in its base. The seal device 10 is then inserted (shown in the uncompressed position in FIG. 1). This consists, for example for a test material with a low performance level, of one or more O-rings made of elastomer and, for test material with a high performance level, of one or more gasket seals. square section, made of high hardness elastomer to avoid premature ruptures by matting in the force recovery device. The nature of the elastomer can of course be adapted to the test temperature.
Après mise en place de la bride 14, celle-ci est pressée contre l'embase 3 grâce aux boulons engagés dans les trous 15,16, à l'aide d'une clé dynamométrique assurant une répartition de pression homogène du dispositif de joint 10 contre la périphérie externe de la partie d'éprouvette encastrée dans la gorge 2. After fitting the flange 14, it is pressed against the base 3 using the bolts engaged in the holes 15, 16, using a torque wrench ensuring a uniform pressure distribution of the seal device 10 against the outer periphery of the test piece part embedded in the groove 2.
Une fois l'éprouvette 1 munie à ses deux extrémités d'un tel dispositif de reprise d'efforts, l'ensemble est placé entre les plateaux mobile 19 et fixe 20, à rotule, d'un banc d'essai en compression conventionnel (figure 2), avec l'aide de centreurs appropriés 21. Once the test piece 1 is provided at both ends with such a force recovery device, the assembly is placed between the movable and fixed plates 19, with ball joint, of a conventional compression test bench ( Figure 2), with the help of appropriate centralizers 21.
L'essai de compression consiste à appliquer à l'éprouvette tubulaire 1 un effort de compression monotone dans l'axe de l'éprouvette jusqu'à rupture de cette dernière. The compression test consists in applying to the tubular test piece 1 a monotonous compression force in the axis of the test piece until the latter breaks.
Le dispositif de reprise d'efforts interposé entre les plateaux 19, 20 et les extrémités de l'éprouvette 1 facilite le transfert des efforts, répartit uniformément ces derniers et évite les surcontraintes locales. The force recovery device interposed between the plates 19, 20 and the ends of the test piece 1 facilitates the transfer of forces, distributes them uniformly and avoids local over-stresses.
La bague 8 est en un matériau métallique déformable, de l'aluminium par exemple, et son rôle est de rattraper, par déformation par écrouissage lors de la mise en charge de l'éprouvette sur le banc d'essai, les éventuels défauts de parallélisme des tranches d'extrémité 9 de l'éprouvette 1. The ring 8 is made of a deformable metallic material, aluminum for example, and its role is to compensate, by deformation by work hardening during the loading of the specimen on the test bench, any parallelism defects end sections 9 of the test piece 1.
Après rupture de l'éprouvette, les dispositifs de reprise d'efforts sont démontés et peuvent être aussitôt réutilisés sur une autre éprouvette à tester. After rupture of the test piece, the force recovery devices are dismantled and can be immediately reused on another test piece to be tested.
L'intervalle existant entre la paroi 13 de la bride de serrage formant serre-joint (11,14) et la face externe de l'éprouvette 1 permet à un même dispositif de reprise d'efforts de recevoir des éprouvettes tubulaires de même diamètre intérieur et d'épaisseur de paroi variable. The gap between the wall 13 of the clamp forming a clamp (11,14) and the external face of the test piece 1 allows the same force recovery device to receive tubular test pieces of the same internal diameter and variable wall thickness.
La bague 8 et le dispositif de joint 10 peuvent être instantanément changés d'une éprouvette à la suivante. The ring 8 and the seal device 10 can be instantly changed from one test piece to the next.
Le montage d'un tel dispositif de reprise d'efforts est remarquablement rapide, quelques minutes, en comparaison avec les procédures s'étendant sur plusieurs jours pour la mise en place des talons de reprise d'efforts collés sur les éprouvettes à tester, selon la technique habituelle. The assembly of such a force recovery device is remarkably quick, a few minutes, in comparison with the procedures extending over several days for the installation of the force recovery heels bonded to the test specimens, according to the usual technique.
L'invention peut s'appliquer d'une manière générale aux essais en compression de toute éprouvette de forme tubulaire, quelle que soit la nature de son matériau constitutif. The invention can be applied in general to the compression tests of any test piece of tubular shape, whatever the nature of its constituent material.
Enfin, l'invention n'est évidemment pas limitée au mode de mise en oeuvre représenté et décrit ci-dessus, mais en couvre au contraire toutes les variantes notamment en ce qui concerne les formes et dimensions de l'embase 3, de la gorge 2, du serre-joint 11 et des moyens de pressage de ce dernier contre le dispositif de joint 10, les formes et dimensions du ou des éléments constitutifs dudit dispositif de joint 10, ainsi que la nature, forme et dimensions de la bague 8. Finally, the invention is obviously not limited to the embodiment shown and described above, but on the contrary covers all variants thereof, in particular as regards the shapes and dimensions of the base 3, of the groove 2, the clamp 11 and means for pressing the latter against the seal device 10, the shapes and dimensions of the element or elements constituting said seal device 10, as well as the nature, shape and dimensions of the ring 8.
Il est à noter que le dispositif de l'invention peut être monté aux extrémités de pièces tubulaires de section circulaire ou non circulaire, par exemple de section carrée, rectangulaire, polygonale, elliptique, la gorge 2 réceptrice de l'extrémité d'éprouvette étant conformée en conséquence, ainsi que le serre-joint 11 et éventuellement les joints 10 et la bague 8. It should be noted that the device of the invention can be mounted at the ends of tubular parts of circular or non-circular cross section, for example of square, rectangular, polygonal, elliptical cross section, the groove 2 receiving the test tube end being shaped accordingly, as well as the clamp 11 and possibly the seals 10 and the ring 8.
De plus, le dispositif peut s'appliquer également à des éprouvettes tubulaires comportant une seule extrémité tubulaire, l'autre extrémité étant par exemple une chape de fixation, de telles éprouvettes reproduisant l'une des extrémités d'une bielle structurale monobloc du type évoqué dans le préambule. In addition, the device can also be applied to tubular test pieces comprising a single tubular end, the other end being for example a fixing yoke, such test pieces reproducing one of the ends of a one-piece structural connecting rod of the type mentioned. in the preamble.
Claims (9)
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