FR2993660A1 - Dispositif pour le montage d'au moins une eprouvette - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif pour le montage d'au moins une éprouvette (1) et pour l'application de contraintes mécaniques dans l'éprouvette (1), comportant une première partie (2) destinée à coopérer avec une première extrémité de l'éprouvette (1) et une seconde partie (3) destinée à coopérer avec une seconde extrémité de l'éprouvette (1). Chaque partie (2, 3) comporte une zone d'appui (6) comprenant une surface plane (9), destinée à l'appui d'une surface plane (17) de l'extrémité correspondante de l'éprouvette (1), et une zone en saillie (10) de ladite surface plane (9), destinée à entourer au moins partiellement l'extrémité correspondante de l'éprouvette (1). La zone en saillie (10) est formée d'au moins une pièce indépendante de la zone d'appui (6) et montée de façon amovible par rapport à la zone d'appui (6). Le dispositif comporte en outre des moyens d'alignement (12) d'une partie (2, 3) par rapport à l'autre.

Description

Dispositif pour le montage d'au moins une éprouvette La présente invention concerne un dispositif pour le montage d'au moins une éprouvette et pour l'application de contraintes mécaniques dans l'éprouvette. L'invention concerne plus particulièrement la caractérisation mécanique d'éprouvettes en matériau composite, par exemple en matériau de type interlock. On appelle matériau composite un assemblage d'au moins deux composants non miscibles, tels qu'un renfort fibreux et une matrice. Le renfort confère une certaine rigidité et ténacité au matériau alors que la matrice, généralement plus faible, apporte la cohésion de la structure fibreuse. Ces matériaux présentent l'avantage d'un très bon rapport résistance / poids qui les rend particulièrement intéressants dans le cadre d'applications aéronautiques, notamment pour la réalisation d'aubes de soufflante ou de carters. Les renforts de type interlock sont des renforts tissés en trois dimensions, dans lesquels différentes couches sont assemblées structurellement entre elles lors du tissage. Une pièce en matériau composite peut ensuite être réalisée par un procédé de type RTM (Resin Transfer Molding) dans lequel le renfort tissé sec est préformé dans un moule puis une résine est injectée dans le moule et polymérisée afin d'obtenir la pièce après démoulage. Jusqu'à présent, les pièces en matériau composite se présentaient essentiellement sous la forme de nappes et les essais visant à caractériser ce type de matériau étaient adaptés à des structures relativement planes. Or, depuis notamment l'utilisation de structures de type interlock, les matériaux composites servent également à réaliser des pièces 30 ayant une épaisseur importante, par exemple comprise entre 40 et 50 mm.

Il devient donc nécessaire de pouvoir réaliser des essais permettant de caractériser ces matériaux dans leur épaisseur. Les essais précédents, définis notamment par des normes, nécessitent l'utilisation d'éprouvettes de grande dimension, par exemple de l'ordre de 200 mm. Or, les techniques actuelles de tissage des structures interlocks permettent difficilement de réaliser des éprouvettes ayant une telle épaisseur. En outre, les résultats obtenus à l'aide d'éprouvettes ayant une dimension de 200 mm par exemple ne sont pas nécessairement conformes et transposables à une structure n'ayant que 40 à 50 mm d'épaisseur. La demanderesse a ainsi développé des essais adaptés aux besoins ainsi que des dispositifs pour le montage d'éprouvettes de plus faibles dimensions.

Un tel dispositif et un tel procédé sont notamment décrits dans l'article « Caractérisation du comportement hors plan d'un tissé interlock », J. Schneider et al. , Comptes Rendus des JNC 16 - Toulouse 2009. Le procédé proposé dans cet article consiste à monter une éprouvette ayant la forme d'un diabolo entre deux parties d'un dispositif. Chaque partie comporte une zone d'appui comprenant une surface plane en forme de disque et une zone annulaire en saillie de ladite surface plane. Chaque extrémité de l'éprouvette comporte une surface plane en appui sur la surface plane de la zone d'appui correspondante et une portion cylindrique entourée par la zone annulaire en saillie correspondante. Les surfaces planes, la surface interne de la zone annulaire et la surface externe de la portion cylindrique sont encollées de manière à rendre solidaires l'extrémité de l'éprouvette et la partie correspondante du dispositif. L'éprouvette est ensuite soumise à des efforts de traction et/ou de compression, dirigés suivant l'axe de l'éprouvette, généralement jusqu'à rupture de l'éprouvette.

On notera que, dans le cas où seul un essai de compression est réalisé, il n'est pas nécessaire d'appliquer de colle entre l'éprouvette et les deux parties du dispositif. En effet, dans ce cas, les efforts de compression peuvent être transmis directement des zones d'appui aux extrémités de l'éprouvette. A l'issue de l'essai, dans le cas où les extrémités de l'éprouvette sont collées aux parties du dispositif, les deux parties sont remplacées ou réusinées afin de former à nouveau une zone d'appui et une zone en saillie, ce qui est relativement coûteux. En outre, il est relativement difficile d'aligner avec précision les deux parties du dispositif. Un mauvais alignement se traduit par des contraintes mécaniques qui ne sont pas réparties de façon homogène dans l'éprouvette, des ruptures de l'éprouvette au niveau de ses extrémités et non dans sa zone médiane dite « utile », ou des ruptures des joints de colle entre les extrémités de l'éprouvette et les deux parties du dispositif. Un mauvais alignement peut également provoquer des projections d'éclats non contrôlées lors des sollicitations mécaniques de l'éprouvette. L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème. A cet effet, elle propose un dispositif pour le montage d'au moins une éprouvette et pour l'application de contraintes mécaniques dans l'éprouvette, comportant une première partie destinée à coopérer avec une première extrémité de l'éprouvette et une seconde partie destinée à coopérer avec une seconde extrémité de l'éprouvette, chaque partie comportant une zone d'appui comprenant une surface plane, destinée à l'appui d'une surface plane de l'extrémité correspondante de l'éprouvette, et une zone en saillie de ladite surface plane, destinée à entourer au moins partiellement l'extrémité correspondante de l'éprouvette, caractérisé en ce que la zone en saillie est formée d'au moins une pièce indépendante de la zone d'appui et montée de façon amovible par rapport à la zone d'appui, le dispositif comportant en outre des moyens d'alignement d'une partie par rapport à l'autre.

De cette manière, si les surfaces planes de l'éprouvette et des zones d'appui sont collées l'une à l'autre, il est possible de retirer plus facilement l'éprouvette à l'issue d'un essai. En effet, dans ce cas, il suffit de retirer chaque zone en saillie et de décoller l'extrémité correspondante de l'éprouvette par rapport à la zone d'appui correspondante, en rompant le joint de colle situé entre elles, par exemple par application d'un coin à leur interface. Les moyens d'alignement permettent en outre de garantir une répartition homogène des contraintes mécaniques au sein de l'éprouvette, une rupture de l'éprouvette dans sa zone médiane utile, et d'éviter une rupture des joints de colle entre l'éprouvette et les parties du dispositif. Selon une caractéristique de l'invention, les moyens d'alignement comportent des tiges s'étendant depuis au moins l'une des deux parties, engagées de façon coulissante dans des trous de la partie opposée, de façon à éviter tout déplacement de l'une des parties par rapport à l'autre dans la direction radiale des tiges. De préférence, le dispositif comporte des moyens d'application d'un effort tendant à écarter ou rapprocher les deux parties l'une de l'autre, de façon respectivement à exercer un effort de traction ou un effort de compression dans l'éprouvette, la direction de l'effort étant perpendiculaire aux surfaces planes des zones d'appui des parties. Selon une forme de réalisation de l'invention, chaque partie comporte une base, la zone d'appui étant formée par une pièce indépendante de la base et montée de façon amovible sur la base. De cette manière, dans le cas où la zone d'appui est endommagée, il est possible de la changer sans devoir changer la base. La zone d'appui devient alors une pièce « consommable » à faible coût. De plus, chaque base peut comporter les moyens d'application de l'effort tendant à écarter ou rapprocher les deux parties l'une de l'autre. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque partie peut 30 comporter une zone de maintien formant une gorge avec la zone en saillie et la zone d'appui, destinée au logement d'une collerette formée par l'extrémité correspondante de l'éprouvette, la forme de la gorge étant complémentaire de celle de la collerette. De cette manière, dans le cadre d'un essai de traction en particulier, il peut être possible de ne pas coller les extrémités de l'éprouvette aux différentes parties du dispositif, un effort de traction pouvant être transmis à l'éprouvette par l'intermédiaire des zones de maintien et des collerettes. La zone de maintien peut être formée par une pièce indépendante de la zone en saillie et/ou de la zone d'appui, et montée de façon amovible sur la zone en saillie et/ou sur la zone d'appui. En outre, pour chaque partie, la zone en saillie et la zone d'appui peuvent délimiter un logement cylindrique dans laquelle une extrémité cylindrique de l'éprouvette est destinée à être engagée et à venir prendre appui.

L'invention concerne également un procédé de sollicitation mécanique d'une éprouvette comportant les étapes consistant à : - maintenir une éprouvette entre les deux parties d'un dispositif du type précité, ladite éprouvette comportant deux faces d'extrémité planes en appui sur les faces planes des zones d'appui des parties, chaque extrémité de l'éprouvette étant en outre entourée par la zone en saillie de la partie correspondante, - appliquer au moins un effort de compression et/ou de traction dans l'éprouvette, par rapprochement et/ou écartement des deux parties l'une par rapport à l'autre.

Selon une forme de réalisation de l'invention, les faces planes d'extrémité de l'éprouvette sont collées aux faces planes des zones d'appui des parties, chaque extrémité de l'éprouvette étant, à l'issue de la phase d'application d'un effort, séparée de la zone d'appui correspondante par retrait de la zone en saillie correspondante et par application d'un coin à l'interface entre les surfaces planes de l'éprouvette et de la zone d'appui de façon à rompre le joint de colle entre lesdites surfaces planes.

L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe d'un dispositif selon l'invention, dans lequel est montée une éprouvette, - la figure 2 est une vue en coupe de l'une des parties du dispositif et d'une portion de l'éprouvette, après rupture de cette dernière lors d'un essai de traction, - la figure 3 est une vue correspondant à la figure 2, montrant schématiquement le retrait de la portion de l'éprouvette à l'aide d'un coin, - la figure 4 est une vue correspondant à la figure 1, illustrant une autre forme de réalisation de l'invention, - la figure 5 est une vue illustrant la géométrie de l'éprouvette.

La figure 1 représente un dispositif pour le montage d'au moins une éprouvette 1 et pour l'application de contraintes mécaniques dans l'éprouvette 1, comportant une première partie 2 destinée à coopérer avec une première extrémité de l'éprouvette 1 et une seconde partie 3 destinée à coopérer avec une seconde extrémité de l'éprouvette 1.

Chaque partie 2, 3 comporte une base 4 de forme générale cylindrique, au centre de laquelle est formé un trou taraudé 5 destiné à coopérer avec une vis non représentée, servant à l'application d'un effort. L'axe de la vis et de la base 4 est référencé A. Un organe d'appui 6 de forme cylindrique est monté sur chaque base 4, l'organe d'appui 6 comportant un plot de centrage 7 d'axe A, engagé dans un évidement 8 de forme correspondante de la base. Chaque organe d'appui 6 comporte une surface plane 9 et perpendiculaire à l'axe A de la base 4 et de l'organe d'appui 6. Lesdites faces planes 9 des organes d'appui 6 sont tournées l'une en regard de l'autre, à l'opposé des bases 4 correspondantes.

Une rondelle annulaire 10 est montée sur chaque organe d'appui 6, en particulier sur la surface plane 9 correspondante. La base 4, l'organe d'appui 6 et la rondelle 10 sont fixées entre eux à l'aide de systèmes de type vis-écrou 11.

La partie 2 comporte des tiges 12 engagées de façon coulissante dans des trous de la partie opposée 3, de façon à éviter tout déplacement de l'une des parties 2, 3 par rapport à l'autre 3, 2 dans la direction radiale des tiges 12, c'est-à-dire perpendiculairement à l'axe A. Ainsi ces tiges permettent de vérifier le bon positionnement et assurent le parallélisme entre les surfaces 9. Les tiges 12 sont par exemple au nombre de trois et sont régulièrement réparties sur la circonférence. La paroi cylindrique interne 13 de la rondelle annulaire 10 et la surface plane 9 de l'organe d'appui 6 délimitent un logement dans lequel l'extrémité correspondante de l'éprouvette 1, de forme complémentaire, est introduite et fixée. L'éprouvette 1 a, dans le cas représenté aux figures, une forme générale de diabolo, c'est-à-dire une forme de révolution d'axe A. Cette éprouvette comporte une zone médiane cylindrique 14 (figure 5), appelée zone utile, de hauteur hl et de diamètre d1, prolongée aux extrémités par des parties évasées définissant des collerettes 16. Les surfaces d'extrémité 17 sont des surfaces planes perpendiculaires à l'axe de l'éprouvette et les collerettes 16 sont raccordées à la zone utile 14 par des congés de raccordement 18. Plus particulièrement, chaque congé de raccordement 18 comporte deux rayons de courbure successifs, référencés respectivement rl et r2. La hauteur totale de l'éprouvette 1 est référencée h3. Chaque collerette 15 comporte une surface latérale cylindrique 19, de hauteur h2 et de diamètre d2. A titre d'exemple, on donnera les valeurs suivantes : hl = 6 mm, h2 = 2 mm, h3 = 30 mm, dl = 20 mm, d2 = 40 mm, rl = 16 mm et r2 = 30 50 mm.

Lors d'un essai, les surfaces cylindriques 19 des collerettes 15 et les surfaces planes d'extrémité 17 de l'éprouvette 1 sont collées respectivement aux surfaces cylindriques internes 13 des rondelles 10 et aux surfaces planes 9 des organes d'appui 6. Le joint de colle a par exemple une épaisseur de l'ordre de quelques centaines de microns. Une fois l'éprouvette 1 fixée par collage aux parties 2, 3, des efforts 20 sont exercés sur l'éprouvette, au travers des vis coopérant avec les taraudages 5 des bases 4. Les efforts 20 sont par exemple des efforts de traction, comme représenté au dessin, des efforts de compression ou une alternance d'efforts de traction et de compression de manière à générer de la fatigue dans l'éprouvette 1. Lors d'un essai de traction par exemple, le joint de colle situé entre les surfaces cylindriques 13 à 19 est soumis à des contraintes de cisaillement, ce qui permet d'avoir un état de contrainte le plus homogène possible dans le joint de colle, afin de reprendre au mieux l'effort global. Dans le cas où l'éprouvette 1 est sollicitée uniquement en compression, il n'est pas utile de réaliser un joint de colle entre les extrémités de l'éprouvette 1 et les parties 2, 3. A l'issue de l'essai de traction par exemple, l'éprouvette 1 est rompue dans sa zone utile (figure 2). Il est donc nécessaire de retirer chaque portion d'éprouvette la de la partie correspondante 2, 3. Pour cela, les vis 11 sont retirées, et les rondelles 10 peuvent être enlevées des organes d'appui 6. Il est alors possible d'accéder facilement aux interfaces entre les surfaces planes 9, 17. Un coin 21 peut alors être enfoncé au niveau de ces interfaces de manière à rompre les joints de colle et libérer les portions 1 a de l'éprouvette 1 (figure 3). En fonction de l'état des surfaces planes 9 des organes d'appui 6, ces derniers peuvent subir une opération d'usinage rapide en vue de l'essai suivant. Si plusieurs usinages similaires ont déjà été réalisés ou si l'un des organes d'appui 6 est trop endommagé, il est également possible de remplacer au moins l'un des organes d'appui 6 indépendamment de sa base 4.

La figure 4 illustre une autre forme de réalisation de l'invention dans laquelle un organe de maintien annulaire 22 est monté sur chaque rondelle annulaire 10, de façon à délimiter une gorge avec la rondelle 10 et la zone d'appui 6 correspondantes, destinée au logement de la collerette correspondante 15 de l'éprouvette 1. Les formes de la gorge et de la collerette 15 sont complémentaires l'une de l'autre. L'organe de maintien 22 est fixé à la base 4, à l'organe d'appui 6 et à la rondelle 10 à l'aide des vis 11. Lors d'un essai, les collerettes 15 sont tout d'abord montées à l'intérieur des rondelles 10 puis les organes de maintien 22 sont montés sur les rondelles 10 de façon à maintenir sans jeu les collerettes 15 de l'éprouvette 1. A l'issue du test, l'organe de maintien 22 et la rondelle 10 peuvent être retirées, de façon à pouvoir engager un coin 21 au niveau des interfaces entre les surface planes 9, 17, comme précédemment. Dans la forme de réalisation de la figure 4, il n'est pas nécessaire de coller les extrémités des éprouvettes 1 à l'organe d'appui 6 et à la rondelle 10, les efforts de traction 20 pouvant être transmis à l'éprouvette 1 par l'intermédiaire des organes de maintien 22.

L'invention propose ainsi un dispositif permettant de retirer facilement et à moindre coût les portions 1a de l'éprouvette 1 à l'issue d'un essai, tout en assurant le bon positionnement d'une partie 2, 3 par rapport à l'autre 3, 2. Ceci garantit une répartition homogène des contraintes mécaniques au sein de l'éprouvette 1, une rupture de l'éprouvette dans sa zone utile 14, et évite une rupture des joints de colle entre l'éprouvette 1 et les parties 2, 3 du dispositif. Ce dispositif permet également de réaliser des essais sur différents types de géométrie d'éprouvettes. On pourrait par exemple utiliser des éprouvettes à base carrée ou polygonale. On peut également utiliser des éprouvettes ayant différents types 30 de matériau, par exemple une éprouvette ayant une peau en matériau composite et une âme en nida ou en mousse.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif pour le montage d'au moins une éprouvette (1) et pour l'application de contraintes mécaniques dans l'éprouvette (1), comportant une première partie (2) destinée à coopérer avec une première extrémité de l'éprouvette (1) et une seconde partie (3) destinée à coopérer avec une seconde extrémité de l'éprouvette (1), chaque partie (2, 3) comportant une zone d'appui (6) comprenant une surface plane (9), destinée à l'appui d'une surface plane (17) de l'extrémité correspondante de l'éprouvette (1), et une zone en saillie (10) de ladite surface plane (9), destinée à entourer au moins partiellement l'extrémité correspondante de l'éprouvette (1), caractérisé en ce que la zone en saillie (10) est formée d'au moins une pièce indépendante de la zone d'appui (6) et montée de façon amovible par rapport à la zone d'appui (6), le dispositif comportant en outre des moyens d'alignement (12) d'une partie (2, 3) par rapport à l'autre.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'alignement comportent des tiges (12) s'étendant depuis au moins l'une des deux parties (2,
3. 3), engagées de façon coulissante dans des trous de la partie opposée (3, 2), de façon à éviter tout déplacement de l'une des parties par rapport à l'autre dans la direction radiale des tiges (12). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (5) d'application d'un effort (20) tendant à écarter ou rapprocher les deux parties (2, 3) l'une de l'autre, de façon respectivement à exercer un effort de traction ou un effort de compression dans l'éprouvette (1), la direction (A) de l'effort étant perpendiculaire aux surfaces planes (9) des zones d'appui (6) des parties (2, 3).
4. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque partie (2, 3) comporte une base (4), la zone d'appui (6) étant formée par une pièce indépendante de la base (4) et montée de façon amovible sur la base (4).
5. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque base (4) comporte les moyens (5) d'application de l'effort tendant à écarter ou rapprocher les deux parties (2, 3) l'une de l'autre.
6. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce chaque partie (2, 3) comporte une zone de maintien (22) formant une gorge avec la zone en saillie (10) et la zone d'appui (6), destinée au logement d'une collerette (15) formée par l'extrémité correspondante de l'éprouvette (1), la forme de la gorge étant complémentaire à celle de la collerette (15).
7. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce 10 que la zone de maintien (22) est formée par une pièce indépendante de la zone en saillie (10) et/ou de la zone d'appui (6), et montée de façon amovible sur la zone en saillie (10) et/ou sur la zone d'appui (6).
8. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, pour chaque partie (2, 3), la zone en saillie (10) et la zone d'appui (6) 15 délimitent un logement cylindrique dans laquelle une extrémité cylindrique de l'éprouvette (1) est destinée à être engagée et à prendre appui.
9. 9. Procédé de sollicitation mécanique d'une éprouvette (1) comportant les étapes consistant à : - maintenir une éprouvette (1) entre les deux parties (2, 3) d'un 20 dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, ladite éprouvette (1) comportant deux faces d'extrémité planes (17) en appui sur les faces planes (9) des zones d'appui (6) des parties (2, 3), chaque extrémité de l'éprouvette (1) étant en outre entourée par la zone en saillie (10) de la partie correspondante (2, 3), 25 - appliquer au moins un effort (20) de compression et/ou de traction dans l'éprouvette (1), par rapprochement et/ou écartement des deux parties (2, 3) l'une par rapport à l'autre.
10. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que les faces planes d'extrémité (17) de l'éprouvette (1) sont collées aux faces 30 planes (9) des zones d'appui (6) des parties (2, 3), chaque extrémité de l'éprouvette (1) étant, à l'issue de la phase d'application d'un effort (20),séparée de la zone d'appui correspondante (6) par retrait de la zone en saillie correspondante (10) et par application d'un coin (21) à l'interface entre les surfaces planes (17, 9) de l'éprouvette (1) et de la zone d'appui (6) de façon à rompre le joint de colle entre lesdites surfaces planes (9, 17).5