FR2875907A1 - Dispositif de test pour effectuer une traction, afin d'appliquer a une eprouvette un champ de deformation biaxiale - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de test pour effectuer une traction, afin d'appliquer à une éprouvette un champ de déformation biaxiale.L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de test adapté pour la réalisation d'essais, en grande déformation, notamment sur des milieux élastomères ou polymères.Le dispositif de test (1) pour effectuer une traction, afin d'appliquer à une éprouvette (20) un champ de déformation biaxiale, est utilisé en combinaison avec des moyens moteur et d'entraînement aptes à fournir un déplacement uniaxial, ledit dispositif présentant un mécanisme apte à découpler tout effort auquel il est soumis suivant les deux directions dudit champ de déformation biaxiale.Selon l'invention, le dispositif présente :- une première paire de mors (51,52) antagonistes, assujettis directement ou indirectement, auxdits moyens moteur et d'entraînement, et définissant un premier axe de déformation (40),- une seconde paire de mors (53,54) antagonistes, définissant un second axe de déformation (50), orthogonal audit premier axe de déformation (40),- des premiers moyens (10) de guidage de traction, aptes à contraindre la seconde paire de mors (53,54) suivant un axe médian passant entre ladite première paire de mors (51,52),- des seconds moyens (30) de guidage de traction pour corréler l'écartement de ladite deuxième paire de mors (53,54) en fonction de l'écartement de ladite première paire de mors (51,52).
Description
L'invention concerne un dispositif de test pour effectuer une traction,
afin d'appliquer à une éprouvette un champ de déformation biaxiale.
L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de test adapté pour la réalisation d'essais, en grande déformation, notamment sur des milieux élastomères ou polymères.
La caractérisation du comportement des milieux élastomères ou polymères nécessite la réalisation de deux essais distincts. Ces essais doivent être réalisés de sorte à permettre de grandes déformations des éprouvettes testées, c'est-à-dire supérieures à 200 % de déformation.
Ainsi, le premier essai à réaliser est un essai de traction uniaxiale. Il existe pour cela de nombreuses machines conventionnelles disponibles pour des essais en grandes déformations.
Le deuxième essai à mettre en oeuvre est le plus souvent un essai de traction biaxiale. Un certain nombre de dispositifs connus sont disponibles et permettent la réalisation des essais de traction biaxiale. Toutefois, ces derniers ont été conçus à l'origine pour la caractérisation des milieux métalliques, et sont inadaptés au milieu des polymères ou des élastomères. En effet, ceux-ci ne permettent d'imposer que de faibles déformations sur les éprouvettes testées, c'est-à-dire de 10 % à 20 % de déformation.
Par ailleurs, en raison des valeurs élevées des grandeurs mesurées, les capteurs d'efforts et notamment les dispositifs à jauges de déformations utilisées présentent une sensibilité trop faible, c'est-à-dire de l'ordre de la centaine de kilo-Newton pour la mesure de forces sur les éprouvettes métalliques, alors la sensibilité requise pour la mesure de forces sur des éprouvettes en élastomère ou polymère est bien plus importante, à savoir de l'ordre du Newton.
On connaît notamment des dispositifs de traction biaxiale à quatre vérins, disposés deux à deux perpendiculairement, et dont l'extrémité 30 des pistons est assujettie à un mors pour maintenir une éprouvette.
Les pistons sont notamment équipés de jauges de déformation pour la mesure des efforts suivant les deux axes de déformation.
Ces dispositifs de traction biaxiale peuvent être adaptés pour le test de milieux polymère ou élastomère, en choisissant notamment des vérins présentant une plus grande course pour la réalisation de test en grande déformation. Par ailleurs, les pistons des vérins peuvent être choisis à section plus faible pour augmenter la sensibilité des mesures obtenues par les jauges de déformation.
Toutefois, ces dispositifs restent très coûteux et nécessitent notamment un système d'asservissement et de contrôle perfectionné apte à 10 coordonner le déplacement des quatre vérins.
On connaît par ailleurs les éprouvettes sphériques. Lors des essais, ces dernières sont gonflées avec un fluide pour imposer un champ de déformation biaxiale.
Ce mode expérimental pose des problèmes de sécurité à cause du risque d'éclatement des éprouvettes soumises à de fortes pressions.
II ne permet d'imposer qu'un même rapport de déformation suivant deux directions de l'éprouvette. Par ailleurs, la fabrication de telles éprouvettes reste complexe et coûteuse.
Le but de la présente invention est de proposer un dispositif de test pour effectuer une traction biaxiale qui pallie les inconvénients précités et permet notamment de réaliser un test à partir d'un déplacement uniaxial.
Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif propre à être utilisé en combinaison avec un dispositif d'essai conventionnel uniaxial.
Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif de test permettant le réglage du rapport de déformation suivant les deux axes de déformation biaxiale, et ce pour des milieux fortement déformables, tels que par exemple des milieux élastomères ou polymères Un autre but de l'invention est de proposer un dispositif de test permettant de réaliser des essais de traction cyclique de charge-décharge et 30 notamment des essais de fatigue.
D'autres buts et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter.
L'invention concerne un dispositif de test pour effectuer une traction, afin d'appliquer à une éprouvette un champ de déformation biaxiale, utilisé en combinaison avec des moyens moteur et d'entraînement aptes à fournir un déplacement uniaxial, ledit dispositif présentant un mécanisme apte à découpler tout effort auquel il est soumis suivant les deux directions dudit champ de déformation biaxiale, caractérisé en ce que le dispositif présente: - une première paire de mors antagonistes, assujettis directement ou indirectement, auxdits moyens moteur et d'entraînement, et définissant un premier axe de déformation, - une seconde paire de mors antagonistes, définissant un second axe de déformation, orthogonal audit premier axe de déformation, - des premiers moyens de guidage de traction, aptes à contraindre la seconde paire de mors suivant un axe médian passant entre ladite première paire de mors, - des seconds moyens de guidage de traction pour corréler l'écartement de ladite deuxième paire de mors en fonction de l'écartement de ladite première paire de mors.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, accompagnée des dessins en annexe qui en font partie intégrante et parmi lesquels: - la figure 1 illustre, en perspective, un premier mode de réalisation du dispositif de test conforme à l'invention, - la figure 2 illustre, en perspective, un second mode de réalisation du dispositif de test conforme à l'invention, - la figure 3 est une vue de face schématique du dispositif de test tel qu'illustré à la figure 2 pour imposer un rapport de déformation différent de 1, - la figure 4 est une vue de face schématique du dispositif de test tel qu'illustré à la figure 3 pour imposer un rapport de déformation égal à 1, - la figure 5 est une vue en perspective d'un mors autoserrant utilisé dans le dispositif de test.
Telle qu'illustrée aux figures 1 et 2, l'invention concerne un dispositif de test 1 pour effectuer une traction, afin d'appliquer à une 5 éprouvette 20 un champ de déformation biaxiale.
Le dispositif de test est utilisé en combinaison avec des moyens moteur et d'entraînement, schématisés par les flèches 60 sur les figures, aptes à fournir un déplacement uniaxial. II peut notamment s'agir de machines d'essai conventionnelles uniaxiales, notamment disponibles dans le commerce.
Ces machines conventionnelles sont aptes à faire subir à une éprouvette des essais en grandes déformations et présentent généralement une cellule de mesure dont la sensibilité et la précision sont adaptées pour la mesure des milieux élastomères ou polymères.
Le dispositif de test 1 présente un mécanisme apte à découpler tout effort auquel il est soumis suivant les deux directions 40,50 dudit champ de déformation biaxiale.
Selon l'invention, le dispositif présente: - une première paire de mors 51,52 antagonistes, assujettis 20 directement ou indirectement, auxdits moyens moteur et d'entraînement, et définissant un premier axe de déformation 40, - une seconde paire de mors 53,54 antagonistes, définissant un second axe de déformation 50, orthogonal audit premier axe de déformation 40, - des premiers moyens 10 de guidage de traction, aptes à contraindre la seconde paire de mors 53,54 suivant un axe médian passant entre ladite première paire de mors 51,52, - des seconds moyens 30 de guidage de traction pour corréler l'écartement de ladite deuxième paire de mors 53,54 en fonction de 30 l'écartement de ladite première paire de mors 51,52.
Tel qu'illustré aux figures, le premier axe de déformation 40 est vertical et le deuxième axe de déformation 50 est horizontal.
Selon un mode de réalisation, lesdits premiers moyens 10 de guidage présentent des moyens 6,7,9,11 aptes à permettre la libre translation des mors 53,54 de la seconde paire suivant ledit axe médian. Lesdits seconds moyens 30 de guidage présentent des moyens 8,12 aptes à contraindre en translation la position des mors 53,54 de ladite seconde paire.
Tel qu'illustré aux figures 1 et 2, le dispositif comporte une première traverse 2 fixée à un bâti et une deuxième traverse 3 mobile, dite de levage, disposée parallèle. Ladite première traverse 2 et ladite deuxième traverse 3 sont chacune assujetties directement, ou indirectement au moyen d'une tige de traction 4, à un mors 51, 52. La deuxième traverse 3 mobile, dite de levage est entraînée par les moyens moteur et d'entraînement et notamment apte à coopérer en translation suivant le déplacement d'un élément mobile d'une machine d'essai uniaxiale conventionnelle.
Les premiers moyens 10 de guidage de traction relient la première traverse 2 à la deuxième traverse 3. Le dispositif comporte en outre deux barres 6 de traction colinéaire, au bout de l'une des extrémités desquelles est assujetti un mors 53, 54, l'autre extrémité desdites barres 6 de traction étant assujettie auxdits seconds moyens 30 de guidage de traction.
Lesdits premiers moyens 10 de traction présentent des moyens 7 de guidage intermédiaire pour autoriser la libre translation longitudinale desdites barres 6 de traction.
Selon un mode de réalisation, lesdits premiers moyens 10 de guidage de traction se présentent sous la forme de deux bras, chacun desdits bras étant constitué de deux biellettes 9, de même longueur, articulées chacune à leur extrémité, à un élément 7 de liaison médian commun, l'autre extrémité de ces dernières étant articulée à ladite première traverse 2, ou à ladite deuxième traverse 3. Les biellettes 9 sont avantageusement articulées aux traverses au niveau de pieds 22 aptes à être positionnés sur un rail longitudinal 15 desdits traverses.
Chacune desdites barres 6 de traction est en coulissement à undit élément 7 de liaison médian. Ledit élément 7 présente notamment deux oreilles en articulation aux biellettes 9 et un premier évidemment traversant, notamment cylindrique, accueillant unedite barre 6 de traction.
Selon un mode de réalisation, le dispositif de test présente une barre stabilisatrice 11 en coulissement entre les éléments 7 de liaison médians pour maintenir lesdites barres 6 de traction colinéaires. Tel qu'illustré à la figure 1, ledit élément 7 présente alors un second évidemment parallèle audit premier évidemment, notamment cylindrique.
Selon un mode de réalisation, lesdits seconds moyens 30 de guidage sont constitués par un coulisseau 8 articulé, directement ou indirectement, à un mors 53,54, ledit coulisseau 8 étant contraint en translation suivant la direction longitudinale d'une barre 12 de guidage.
Ainsi, l'extrémité libre des barres 6 de traction est articulée audit coulisseau 8, notamment au niveau d'une oreille attenante.
Telles qu'illustrées aux figures 1 et 2, les barres de guidage 12 sont inclinées, contenues dans un plan passant par la première traverse 2 et la seconde traverse 3 et sont maintenues à leur extrémité au niveau de ladite traverse fixe 2 et au niveau d'une tête 13 d'une colonnette 14 s'élevant de ladite première traverse 2.
Avantageusement, selon un mode de réalisation, les premiers moyens 30 de guidage de traction permettent le réglage du rapport de déformation imposé entre ledit premier 40 et ledit second 50 axe de déformation biaxiale.
En effet, l'inclinaison desdites barres de guidage permet de définir un rapport de déplacement entre ledit premier 40 et ledit second 50 axes de déformation biaxiale. Pour un déplacement x de ladite première traverse, et donc un écartement x de ladite première paire de mors 51, 52, ladite seconde paire de mors 53, 54 s'écarte d'un déplacement y. Si l'on considère l'angle a constitué entre ladite barre de guidage 12 et la première traverse 2, l'écartement y de ladite seconde paire de mors et l'écartement x de la première paire de mors peuvent être mis en relation à l'aide de la formule suivante: x =tana y Ainsi, pour un angle a à 45 , tel qu'illustré à la figure 4, on obtient un rapport de déformation égal à 1, c'est-à-dire un même déplacement 5 imposé suivant les deux axes de déformation biaxiale.
Avantageusement, lesdites barres de guidage 12 peuvent être inclinées suivant différents angles a. Elles sont notamment articulées à un pied 21 apte à coulisser sur le rail longitudinal 15 de ladite première traverse 2. A leur autre extrémité, lesdites barres de guidage 12 sont aptes à coopérer avec plusieurs réservations de la tête 13 pour imposer à cette dernière plusieurs angles d'inclinaison. Le système de réglage des figures 1 ou 2 permet d'imposer les rapports de déplacement vertical / horizontal suivants: 1/1, 1/2, 1/3, et 1/4.
Néanmoins, il est tout à fait à la portée de l'homme de l'art de 15 disposer d'un système de réglage permettant d'atteindre toute valeur de rapport entre tractions verticale et horizontale.
Avantageusement, le mécanisme du dispositif de test 1 est construit de manière isostatique. Les degrés de liberté manquants sont avantageusement récupérés aux articulations, en utilisant notamment des liaisons rotules au lieu de simples pivots glissants, entre les éléments du mécanisme.
Selon un mode de réalisation, les mors sont autoserrants du type à excentrique 17. Les milieux élastomères ou polymères sont de nature incompressible. A cause de cette particularité, lorsque ces milieux subissent une élongation, leur épaisseur diminue. Un serrage conventionnel ne peut être opérant. L'utilisation d'un système autoserrant du type à excentrique 17 tel qu'illustré à la figure 5 permet alors de pallier à cette difficulté.
Par ailleurs, pour la réalisation de tests, les efforts de traction doivent être mesurés suivant les deux axes de déformation biaxiale.
Selon un mode de réalisation, le dispositif est équipé de capteurs d'efforts suivant ledit premier axe de déformation 40 et/ou suivant ledit second axe de déformation 50.
Selon un mode de réalisation, lesdites barres 6 de traction et/ou lesdites tiges 4 de traction sont équipées de jauges de déformation. Avantageusement, le choix des matériaux, des sections des tiges 4 et des barres 6 de traction et les jauges utilisées permettent d'obtenir une sensibilité de mesure de l'ordre du Newton.
Avantageusement, lorsque le dispositif de test 1 est associé à une machine conventionnelle de traction uniaxiale possédant sa propre cellule de mesure d'efforts, seules lesdites barres 6 de traction sont équipées de capteurs d'efforts et notamment de jauges de déformation. Les efforts suivant le premier axe de déformation biaxiale 40 peuvent être ainsi déduits de la mesure d'efforts de la cellule de mesure de la machine conventionnelle de traction uniaxiale.
Pour mesurer la déformation de l'éprouvette, on peut utiliser de 15 manière connue, une caméra, notamment numérique permettant de mesurer l'écartement entre quatre points distincts de l'éprouvette.
Le dispositif de test décrit précédemment permet avantageusement de réaliser des essais de traction cyclique de charge-décharge. Il permet ainsi de mettre en évidence le comportement hystérésique des milieux testés, tels que, par exemple, les milieux élastomères ou polymères. II permet ainsi également la réalisation d'essais de fatigue.
Le dispositif de test 1 trouvera une utilisation particulière pour la réalisation de tests à grande déformation à partir d'éprouvettes 20 présentant notamment un comportement élastomère ou polymère. Le mécanisme du dispositif peut être réalisé en aluminium. La rigidité de l'aluminium étant au minimum cent fois supérieur à celle des polymères et élastomères, le mécanisme peut être considéré comme rigide.
Naturellement, d'autres modes de mise en oeuvre, à la portée de l'homme de l'art, auraient pu être envisagés sans pour autant sortir du cadre de l'invention.
Claims (12)
1. Dispositif de test (1) pour effectuer une traction, afin d'appliquer à une éprouvette (20) un champ de déformation biaxiale, utilisé en combinaison avec des moyens moteur et d'entraînement aptes à fournir un déplacement uniaxial, ledit dispositif présentant un mécanisme apte à découpler tout effort auquel il est soumis suivant les deux directions dudit champ de déformation biaxiale, caractérisé en ce que le dispositif présente: - une première paire de mors (51,52) antagonistes, assujettis directement ou indirectement, auxdits moyens moteur et d'entraînement, et définissant un premier axe de déformation (40), - une seconde paire de mors (53,54) antagonistes, définissant un second axe de déformation (50), orthogonal audit premier axe de déformation (40), - des premiers moyens (10) de guidage de traction, aptes à 15 contraindre la seconde paire de mors (53,54) suivant un axe médian passant entre ladite première paire de mors (51,52), - des seconds moyens (30) de guidage de traction pour corréler l'écartement de ladite deuxième paire de mors (53,54) en fonction de l'écartement de ladite première paire de mors (51,52).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits premiers moyens (10) de guidage présentent des moyens (6,7,9,11) aptes à permettre la libre translation des mors (53,54) de la seconde paire suivant ledit axe médian, lesdits seconds moyens (30) de guidage présentant des moyens (8,12) aptes à contraindre en translation la position des mors (53,54) de ladite seconde paire.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif comporte une première traverse (2) fixée à un bâti et une deuxième traverse (3) mobile, dite de levage, entraînée par lesdits moyens moteurs et d'entraînement, ces dernières étant chacune assujettie directement, ou indirectement au moyen d'une tige de traction (4), à un mors (51,52).
4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif présente deux barres (6) de traction colinéaires, au bout de l'une des extrémités desquelles est assujetti un mors (53,54), l'autre extrémité desdites barres (6) de traction étant assujettie audits seconds moyens (30) de guidage de traction, lesdits premiers moyens (10) de guidage de traction présentant des moyens (7) de guidage intermédiaire pour autoriser la libre translation longitudinale desdites barres (6) de traction.
5. Dispositif selon la revendication 3 et 4, caractérisé en ce que les dits premiers moyens (10) de guidage de traction se présentent sous la forme de deux bras, chacun desdits bras étant constitué de deux biellettes (9) de même longueur reliées chacune à une de leur extrémité, à un élément (7) de liaison médian commun, l'autre extrémité de ces dernières étant reliée à ladite première traverse (2), ou à ladite deuxième traverse (3), lesdites barres (6) de traction étant en coulissement audit élément (7) de liaison médian.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte une barre stabilisatrice (11) en coulissement entre lesdits éléments (7) de liaison médian, pour maintenir lesdites barres (6) de traction colinéaires.
7. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits seconds moyens (30) de guidage sont constitués par un coulisseau (8) articulé, directement ou indirectement, à un mors (53,54), ledit coulisseau (8) étant contraint en translation suivant la direction longitudinale d'une barre (12) de guidage.
8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les seconds moyens (30) de guidage de traction permettent le réglage du rapport de déformation imposé entre ledit premier (40) et ledit second (50) axe de déformation biaxiale.
9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le mécanisme du dispositif est construit de manière isostatique.
10. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que 30 les mors sont autoserrants du type à excentrique (17).
11. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est équipé de capteurs d'efforts suivant ledit premier axe de déformation (40) et/ou suivant ledit second axe de déformation (50).
12. Utilisation du dispositif selon la revendication 1 pour la réalisation de tests à grande déformation à partir d'éprouvettes (20) présentant 5 un comportement élastomère ou polymère.
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