FR2770645A1 - Tensile especially creep testing machine with specimen alignment seating elements - Google Patents
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Abstract
Description
DISPOSITIF D'ESSAI EN TRACTION D'UNE
EPROUVETTE ET PROCEDE D'ESSAI EN TRACTION.TRACTION TEST DEVICE OF A
TEST AND TRACTION TEST METHOD.
La présente invention concerne le domaine des essais de matériaux, en particulier dans le domaine de la métallurgie. Elle concerne plus particulièrement le domaine des extensomètres, destinés à mesurer la déformation par fluage d'éprouvettes soumises à des températures élevées dans des fours. Ces dispositifs sont destinés à la mesure des données de fluage et des déformations élastiques et plastiques d'un matériau pour l'estimation de la stabilité dimensionnelle d'une structure utilisant ledit matériau, et l'évaluation de la durée d'exploitation. The present invention relates to the field of material testing, in particular in the field of metallurgy. It relates more particularly to the field of extensometers, intended for measuring the deformation by creep of test pieces subjected to high temperatures in ovens. These devices are intended for measuring the creep data and the elastic and plastic deformations of a material for the estimation of the dimensional stability of a structure using said material, and the evaluation of the operating time.
De tels extensomètres sont connus dans l'état de la technique. Un exemple de réalisation est décrit dans la revue METAUX n05 de 1969, p. 361-374. Ils sont habituellement constitués par deux organes propres à retenir les extrémités de l'éprouvette, et à exercer une traction relative sur un tronçon de mesure. Des moyens de mesure déterminent l'allongement du tronçon de mesure de l'éprouvette. Such extensometers are known in the state of the art. An exemplary embodiment is described in the review METAUX n05 of 1969, p. 361-374. They are usually formed by two bodies capable of retaining the ends of the test piece, and of exerting relative traction on a measurement section. Measuring means determine the elongation of the measuring section of the test piece.
A titre d'exemple, on se référera au brevet français FR2662801 décrivant un tel dispositif d'essai. By way of example, reference will be made to French patent FR2662801 describing such a test device.
Un des problèmes à résoudre avec ce type de dispositif est d'assurer le parfait alignement de l'axe de l'éprouvette avec l'axe de la traction. One of the problems to be solved with this type of device is to ensure perfect alignment of the axis of the specimen with the axis of traction.
Le brevet français FR2485196 décrit un dispositif amélioré de fixation d'éprouvette pour des essais de traction. French patent FR2485196 describes an improved device for fixing a test piece for tensile tests.
Ce dispositif comporte deux têtes de fixation en matériau céramique ayant chacune une ouverture conique recevant un bloc de fixation. Ce bloc de fixation en deux parties présente un passage axial pour l'éprouvette dont un renflement d'extrémité s'appuie sur la face postérieure du bloc. This device comprises two fixing heads made of ceramic material each having a conical opening receiving a fixing block. This two-part fixing block has an axial passage for the test piece, one end bulge of which rests on the rear face of the block.
Un tel dispositif est satisfaisant lorsque l'éprouvette est parfaitement usinée et ne présente aucune irrégularité. Par contre, dès qu'une anomalie de surface apparaît, il y un risque de mauvais alignement de l'éprouvette par rapport à l'axe des efforts appliqués par la ligne de charge. Such a device is satisfactory when the test piece is perfectly machined and has no irregularities. On the other hand, as soon as a surface anomaly appears, there is a risk of misalignment of the test piece with respect to the axis of the forces applied by the load line.
Pour éviter ce problème, on a proposé dans le brevet français FR2687474 une compensation automatique du moment de flexion dans l'éprouvette d'essai. Les deux têtes de serrage d'échantillon sont pourvues chacune de trois éléments de réglage linéaire piézo-électriques dont la direction de réglage s'étend parallèlement à la direction de la force d'essai. Les éléments de réglage sont par ailleurs disposes aux sommets d'un triangle équilatéral. Un capteur de mesure de force est associé à chaque élément de réglage. To avoid this problem, French patent FR2687474 has proposed automatic compensation for the bending moment in the test specimen. The two sample clamping heads are each provided with three piezoelectric linear adjustment elements, the adjustment direction of which extends parallel to the direction of the test force. The adjustment elements are also arranged at the vertices of an equilateral triangle. A force measurement sensor is associated with each adjustment element.
Un réglage en longueur des éléments de réglage commandé par un régulateur, jusqu'à ce que ces éléments soient sollicités par la même force de traction ou de compression, permet de réaliser un serrage de l'éprouvette d'essai, dans une large mesure sans moment de flexion. Cette solution n'est pas satisfaisante car elle se traduit par un coût élevé et une fiabilité médiocre.A length adjustment of the adjustment elements controlled by a regulator, until these elements are stressed by the same tensile or compressive force, allows tightening of the test specimen, to a large extent without bending moment. This solution is not satisfactory because it results in high cost and poor reliability.
Dans un domaine différent qui est celui de l'essai de lames de céramique, on a proposé dans le brevet européen EP412348 un dispositif de fixation pour éprouvettes sans moment de flexion. Dans ce brevet, les éléments récepteurs présentent des faces extérieures sphériques, reçues dans des surfaces conjuguées sphériques. Les éléments récepteurs sont réalisés sous forme de sphères pouvant être insérées dans des trous ou des perçages transversaux adaptés, ménagés sur les extrémités d'éprouvettes. In a different field which is that of testing ceramic blades, there has been proposed in European patent EP412348 a fixing device for test pieces without bending moment. In this patent, the receiving elements have spherical outer faces, received in spherical conjugate surfaces. The receiving elements are produced in the form of spheres which can be inserted into suitable holes or transverse bores, formed on the ends of test pieces.
Ce mode de réalisation n'est pas adapté à des essais d'éprouvettes cylindriques. En effet, la fixation de telles éprouvettes ne peut pas être réalisée par l'intermédiaire de trous transversaux. De tels trous créeraient une dissymétrie par rapport à l'axe longitudinal de l'éprouvette et fausseraient les mesures. This embodiment is not suitable for testing cylindrical specimens. Indeed, the fixing of such specimens cannot be carried out by means of transverse holes. Such holes would create an asymmetry with respect to the longitudinal axis of the test piece and would distort the measurements.
Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif permettant de garantir un parfait alignement de l'éprouvette avec l'axe selon lequel sont exercés les efforts. The object of the invention is to remedy these drawbacks by proposing a device making it possible to guarantee perfect alignment of the test piece with the axis along which the forces are exerted.
Un deuxième but de l'invention est de réduire l'encombrement transversal du dispositif afin de permettre l'utilisation dans un four de petite dimension d'un dispositif pouvant recevoir plusieurs éprouvettes. A second object of the invention is to reduce the transverse size of the device in order to allow the use in a small oven of a device which can receive several test pieces.
A cet effet, l'invention concerne dans son acception la plus générale un dispositif d'essai en traction d'une éprouvette présentant un tronçon de mesure cylindrique et deux têtes d'ancrage. Le dispositif selon l'invention est constitué par une ligne de charge formée par une tête d'amarrage supérieure et une tête d'amarrage inférieure soumise à un effort axial, ainsi que par une tige de renvoi supérieure propre à venir en appui sous la surface de la tête d'ancrage supérieure de l'éprouvette et une tige de renvoi inférieure propre à venir en appui sous la surface de la tête d'ancrage inférieure. Le dispositif comporte en outre des moyens de mesure de la distance entre deux éléments d'indexation solidaires respectivement de la tige de renvoi supérieure et de la tige de renvoi inférieur. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que l'une au moins des tiges de renvoi présente un palpeur muni d'une cavité semi-cylindrique pour recevoir une surface complémentaire semi-sphérique prévue entre le tronçon de mesure et la tête d'ancrage de l'éprouvette, ladite tête d'ancrage de l'éprouvette étant constituée par une extrémité filetée se raccordant au tronçon de mesure par une surface frontale semi-sphérique. To this end, the invention relates in its most general sense to a device for tensile testing a test piece having a cylindrical measuring section and two anchoring heads. The device according to the invention consists of a load line formed by an upper mooring head and a lower mooring head subjected to an axial force, as well as by a clean upper return rod bearing against the surface. of the upper anchoring head of the test piece and a clean lower return rod bearing against the surface of the lower anchoring head. The device further comprises means for measuring the distance between two indexing elements secured respectively to the upper return rod and the lower return rod. The device according to the invention is characterized in that at least one of the return rods has a feeler provided with a semi-cylindrical cavity for receiving a complementary semi-spherical surface provided between the measurement section and the head of anchoring of the test piece, said anchor head of the test piece being constituted by a threaded end connecting to the measurement section by a semi-spherical front surface.
La liaison entre les tiges de renvoi et l'éprouvette se fait ainsi avec un effet de rotule conférant un degré de liberté relatif en rotation autour d'un point situé sur l'axe longitudinal de l'éprouvette. The connection between the return rods and the test piece is thus made with a ball joint effect conferring a relative degree of freedom in rotation around a point located on the longitudinal axis of the test piece.
Avantageusement, l'un au moins des palpeurs présente une forme de fourche horizontale. Advantageously, at least one of the feelers has the shape of a horizontal fork.
Selon un mode de réalisation préféré, les palpeurs présentent une forme de fourche horizontale présentant une découpe en forme de "U" dont le fond présente dans le plan transversal un rayon de courbure inférieur légèrement supérieur au rayon du tronçon de mesure de l'éprouvette, ledit fond s'étendant sur environ 1800, et présentant une concavité dont le rayon de courbure correspond sensiblement à celui de la surface frontale semisphérique de l'éprouvette. According to a preferred embodiment, the feelers have the shape of a horizontal fork having a cut in the shape of a "U", the bottom of which has in the transverse plane a radius of curvature less than the radius of the measuring section of the test piece, said bottom extending over approximately 1800, and having a concavity whose radius of curvature corresponds substantially to that of the semispherical front surface of the test piece.
Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif comporte au moins deux lignes de charges parallèles. According to a particular embodiment, the device comprises at least two parallel load lines.
Selon une variante préférée, les tiges de renvoi sont guidées par un élément de guidage présentant pour chaque tige de renvoi un logement délimité par des rouleaux de guidage. According to a preferred variant, the return rods are guided by a guide element having for each return rod a housing defined by guide rollers.
Avantageusement, l'un des rouleaux de guidage présente une gorge propre à assurer le positionnement transversal de la tige de renvoi. Advantageously, one of the guide rollers has a groove suitable for ensuring the transverse positioning of the return rod.
Selon une variante de réalisation particulière, l'élément de guidage est formé par une bride de serrage venant se fixer sur la ligne d'amarrage, ladite bride de serrage présentant au moins un rouleau d'appui sur une tige de renvoi et recevant au moins une pièce d'appui complémentaire présentant un rouleau d'appui. According to a particular variant embodiment, the guide element is formed by a clamping flange which is fixed on the mooring line, said clamping flange having at least one support roller on a return rod and receiving at least an additional support piece having a support roller.
L'invention concerne également un procédé d'essai en traction d'un matériau, du type consistant à réaliser une éprouvette présentant un tronçon de mesure cylindrique et deux têtes d'ancrage et à exercer des efforts longitudinaux sur le tronçon de mesure à l'aide d'un dispositif constitué par une ligne de charge formée par une tête d'amarrage supérieure et une tête d'amarrage inférieure et à mesurer l'élongation du tronçon de mesure de l'éprouvette à l'aide d'un capteur relié aux tête d'ancrage par des tiges de renvoi, caractérisé en ce que l'on forme sur l'éprouvette une surface frontale semi-sphérique, ladite surface frontale présentant un degré de liberté sphérique par rapport à une cavité semi-cylindrique complémentaire prévue sur le palpeur situé à l'extrémité de la tige de renvoi. The invention also relates to a method for tensile testing of a material, of the type consisting in producing a test piece having a cylindrical measuring section and two anchoring heads and in exerting longitudinal forces on the measuring section at the using a device consisting of a load line formed by an upper mooring head and a lower mooring head and measuring the elongation of the measuring section of the test piece using a sensor connected to the anchoring head by deflection rods, characterized in that a semi-spherical front surface is formed on the test piece, said front surface having a degree of spherical freedom relative to a complementary semi-cylindrical cavity provided on the feeler located at the end of the return rod.
Avantageusement, l'éprouvette présente une gorge à proximité de la zone semi-sphérique. Advantageously, the test piece has a groove near the semi-spherical zone.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, se référant aux dessins annexés relatifs à un exemple non limitatif de réalisation où
- la figure 1 représente une vue de profil d'un exemple de réalisation du dispositif;
- les figures 2 et 3 représentent des vues agrandies de la tête d'arrimage respectivement de dessus et selon un plan de coupe AA
- la figure 4 représente une vue de face de l'éprouvette ;
- les figures 5 et 6 représentent des vues agrandies de deux modes de réalisation de la zone de liaison des éprouvettes
- les figures 7 et 8 représentent des vues respectivement de profil et de dessus des pièces de guidage.The invention will be better understood on reading the description which follows, referring to the appended drawings relating to a nonlimiting exemplary embodiment where
- Figure 1 shows a side view of an embodiment of the device;
- Figures 2 and 3 show enlarged views of the lashing head respectively from above and according to a section plane AA
- Figure 4 shows a front view of the test piece;
- Figures 5 and 6 show enlarged views of two embodiments of the connection area of the test pieces
- Figures 7 and 8 show respectively side and top views of the guide parts.
Le dispositif selon un exemple de réalisation de l'invention est représenté en figure 1. I1 comporte une ligne d'amarrage supérieure (1) et une ligne d'amarrage inférieure (2) permettant d'exercer une traction sur une éprouvette (3). Les lignes d'amarrages présentent à leur extrémité des têtes d'amarrage (4, 5) présentant une cavité médullaire (6) filetée. L'extrémité de l'éprouvette présente un filetage complémentaire pour la solidarisation des deux extrémités (7, 8) dans les têtes d'amarrage. La ligne d'amarrage supérieure (1) est solidaire d'un châssis rigide non représenté. La ligne d'amarrage inférieure (2) subit un effort par l'intermédiaire d'un poids suspendu ou d'un vérin de liaison avec le châssis. The device according to an exemplary embodiment of the invention is represented in FIG. 1. I1 comprises an upper mooring line (1) and a lower mooring line (2) making it possible to exert traction on a test piece (3) . The mooring lines have at their end mooring heads (4, 5) having a threaded medullary cavity (6). The end of the test piece has a complementary thread for securing the two ends (7, 8) in the mooring heads. The upper mooring line (1) is integral with a rigid frame, not shown. The lower mooring line (2) undergoes a force by means of a suspended weight or a jack for connection with the chassis.
La mesure de l'élongation du tronçon de mesure (9) de l'éprouvette (3) est réalisé à l'aide d'un capteux qui est, dans l'exemple représenté, ajusté par une vis micrométrique (10). Deux tiges de renvoi (11, 12) assurent la liaison entre les extrémités du tronçon de mesure (9) de l'éprouvette (3) et les repères indexés (13, 14) du capteur (10). Ces tiges s'étendent de part et d'autre de la ligne d'amarrage inférieure, parallèlement à l'axe d'effort qui est lui-même confondu avec l'axe longitudinal de l'éprouvette (3). The measurement of the elongation of the measuring section (9) of the test piece (3) is carried out using a sensor which is, in the example shown, adjusted by a micrometric screw (10). Two return rods (11, 12) provide the connection between the ends of the measuring section (9) of the test piece (3) and the indexed marks (13, 14) of the sensor (10). These rods extend on either side of the lower mooring line, parallel to the force axis which is itself coincident with the longitudinal axis of the test piece (3).
Afin d'assurer la rigidité des tiges de renvoi (11, 12) dans le plan transversal, le dispositif comporte une bride de serrage (30). Cette bride de serrage évite les déformations des tiges de renvoi qui peuvent atteindre des longueurs importantes. In order to ensure the rigidity of the return rods (11, 12) in the transverse plane, the device comprises a clamping flange (30). This clamp prevents the deformation of the return rods which can reach significant lengths.
La liaison entre les extrémités du tronçon de mesure (9) de l'éprouvette (3) et les tiges de renvoi (11, 12) s'effectue à l'aide de palpeurs (13, 14) dont les figures 2 et 3 représentent des vues agrandies de la tête d'arrimage respectivement de dessus et selon un plan de coupe AA. Ces palpeurs (13, 14) sont soudés sur l'extrémité des tiges de renvoi (11, 12) pour former des fourches sensiblement perpendiculaires aux tiges (11, 12). Ils sont réalisés en un matériau réfractaire tel que 1'HASTELLOY X. The connection between the ends of the measuring section (9) of the test piece (3) and the return rods (11, 12) is carried out using feelers (13, 14) of which Figures 2 and 3 show enlarged views of the lashing head respectively from above and along a section plane AA. These feelers (13, 14) are welded to the end of the return rods (11, 12) to form forks substantially perpendicular to the rods (11, 12). They are made of a refractory material such as HASTELLOY X.
Ils présentent une épaisseur de l'ordre de 6,35 mm, une longueur de l'ordre de 27,5 mm et une largeur de l'ordre de 13 mm.They have a thickness of around 6.35 mm, a length of around 27.5 mm and a width of around 13 mm.
Ils présentent un trou d'un diamètre de 7 mm pour le passage de l'extrémité de la tige de renvoi, ainsi qu'une découpe (16) en forme de "U" s'ouvrant sur l'une des faces (17). Cette découpe présente une partie arrière formant un demi-cercle (18) se prolongeant jusqu'au bord (17) du palpeur par une partie délimitée par des bords (19, 50) rectilignes, et parallèles, dont l'écartement est de 5,5 mm, soit très légèrement supérieur à la section du tronçon de mesure (9) de l'éprouvette (3), qui est de 5 mm. They have a hole with a diameter of 7 mm for the passage of the end of the deflection rod, as well as a cutout (16) in the shape of a "U" opening on one of the faces (17) . This cutout has a rear part forming a semicircle (18) extending to the edge (17) of the probe by a part delimited by edges (19, 50) rectilinear, and parallel, the spacing of which is 5, 5 mm, or very slightly greater than the section of the measuring section (9) of the test piece (3), which is 5 mm.
Le fond de la découpe présente par ailleurs une forme semi-sphérique avec un rayon de courbure de l'ordre de 5 mm
Les palpeurs présentent ainsi une surface formant une rotule de forme sensiblement complémentaire de a forme de la partie de raccordement de l'éprouvette, représentée en figure 5.The bottom of the cutout also has a semi-spherical shape with a radius of curvature of the order of 5 mm.
The feelers thus have a surface forming a ball joint of shape substantially complementary to the shape of the connecting part of the test piece, shown in FIG. 5.
L'éprouvette de fluage présente une forme générale cylindrique, avec une partie centrale formant le tronçon de mesure (9) d'une longueur de 30 mm et d'une section de 5 mm et deux têtes d'ancrage (7, 8) filetées d'une longueur de 17 mm et d'une section de 9,15 mm. The creep specimen has a generally cylindrical shape, with a central part forming the measuring section (9) with a length of 30 mm and a section of 5 mm and two threaded anchor heads (7, 8) with a length of 17 mm and a section of 9.15 mm.
L'éprouvette présente entre le tronçon de mesure (9) et les têtes d'ancrage (7, 8) une zone de raccordement de forme globale semi-sphérique (20, 21).The test piece has between the measurement section (9) and the anchoring heads (7, 8) a connection zone of semi-spherical overall shape (20, 21).
La figure 5 représente une vue agrandie d'un premier exemple de réalisation. La zone d'appui semisphérique (20) se prolonge vers le tronçon de mesure (9) par une gorge semi-annulaire (22) dont le rayon de courbure est de l'ordre de 0,5mm. La fonction de cette gorge (22) est de reprendre les efforts et rendre la mesure de fluage indépendante de la forme. FIG. 5 represents an enlarged view of a first exemplary embodiment. The semi-spherical bearing zone (20) is extended towards the measurement section (9) by a semi-annular groove (22) whose radius of curvature is of the order of 0.5 mm. The function of this groove (22) is to take up the forces and make the creep measurement independent of the shape.
La longueur de la zone d'appui (20) est de l'ordre de 2 ram. The length of the support zone (20) is of the order of 2 ram.
La figure 6 représente une vue d'une variante de réalisation d'une éprouvette. FIG. 6 represents a view of an alternative embodiment of a test piece.
Cette éprouvette présente une gorge (23) prévue non plus du coté du tronçon de mesure (9), mais en arrière de la zone d'appui (20), et en avant de la tête d'ancrage filetée (7). This test piece has a groove (23) provided no longer on the side of the measuring section (9), but behind the bearing zone (20), and in front of the threaded anchoring head (7).
Les figures 7 et 8 représentent des vues respectivement de profil et de dessus des pièces de guidage. Figures 7 and 8 show respectively side and top views of the guide parts.
La bride de guidage (30) entoure la tige (31) de la ligne d'amarrage inférieure (5). Elle présente un canal médullaire fendu (32) d'une section sensiblement égale à celle de la tige (31) de la ligne d'amarrage (5). De part et d'autre de cette bride (30) sont prévues des pièces d'appui (33, 34) mobiles, pressées en direction de la bride par des ressorts (35, 36) et guidées par des axes transversaux (37, 38). La bride central (30) présente des rouleaux (39, 40). Les pièces d'appui (33, 34) comportent également des rouleaux (41, 42) présentant des gorges dont la largeur correspond sensiblement à la section des tiges de renvoi (11, 12).The guide flange (30) surrounds the rod (31) of the lower mooring line (5). It has a split medullary canal (32) with a section substantially equal to that of the rod (31) of the mooring line (5). On either side of this flange (30) are provided movable support parts (33, 34), pressed in the direction of the flange by springs (35, 36) and guided by transverse axes (37, 38 ). The central flange (30) has rollers (39, 40). The support pieces (33, 34) also include rollers (41, 42) having grooves whose width corresponds substantially to the cross section of the return rods (11, 12).
Les tiges de renvoi (11, 12) traversent cet élément de guidage, entre les rouleaux (39, 40) de la bride centrale et les rouleaux (41,42) des pièces complémentaires (34, 35). Cet élément de guidage évite les déformations des tiges de renvoi (11, 12) dans le plan transversale, tout en permettant une liberté des déplacement suivant les directions longitudinales. The return rods (11, 12) pass through this guide element, between the rollers (39, 40) of the central flange and the rollers (41, 42) of the complementary parts (34, 35). This guide element prevents deformation of the return rods (11, 12) in the transverse plane, while allowing freedom of movement in the longitudinal directions.
Un exemple non décrit de réalisation consiste à associer sur un même dispositif plusieurs lignes d'amarrage parallèles permettant de tester plusieurs éprouvettes simultanément. Le mode de réalisation selon l'invention est particulièrement adapté à de telles variantes car l'encombrement latéral est faible et autorise la disposition d'une pluralité de tiges de renvoi autour d'une ligne d'amarrage inférieure commune. An example of an embodiment not described consists in combining on the same device several parallel mooring lines making it possible to test several test pieces simultaneously. The embodiment according to the invention is particularly suitable for such variants because the lateral space requirement is small and allows the arrangement of a plurality of return rods around a common lower mooring line.
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2770645B1 (en) | 1999-12-31 |
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