FR3004805A1

FR3004805A1 - Eprouvette de mesure de traction, de compression et/ou de cisaillement

Info

Publication number: FR3004805A1
Application number: FR1300915A
Authority: FR
Inventors: Hcadec Romain Creac
Original assignee: ENSTA BRETAGNE
Current assignee: ENSTA BRETAGNE
Priority date: 2013-04-18
Filing date: 2013-04-18
Publication date: 2014-10-24
Anticipated expiration: 2033-04-18
Also published as: FR3004805B1

Abstract

Eprouvette de mesure de traction, de compression, et/ou de cisaillement comprenant une première pièce (1) et une deuxième pièce (2) comportant chacune au moins un alésage (3) adapté à coopérer avec des mors d'une machine exerçant des sollicitations mécaniques, tel que la première pièce (1) comporte un premier moyen de support d'un échantillon (4) coopérant avec un deuxième moyen de support d'un échantillon (5) de la deuxième pièce (2). L'éprouvette de mesure comprend au moins une partie des bords de la première pièce (1) forme un premier plateau d'échantillonnage du premier moyen de support d'un échantillon (4) et qu'au moins une partie des bords de la deuxième pièce (2) forme un deuxième plateau d'échantillonnage (7) du deuxième moyen de support d'un échantillon (5).

Description

Eprouvette de mesure de traction, de compression, et/ou de cisaillement Domaine technique et état de l'art La présente invention se rapporte à une éprouvette de mesure de traction, compression et/ou cisaillement. Cette éprouvette de mesure permet de tester un collage structural. Le collage structural est utilisé dans l'ensemble des domaines d'applications industriels comme moyen d'assemblages multi matériaux : aéronautique, nautisme, automobile, aérospatial, naval, médical, génie civil... Les industriels prévoient et valident le comportement de structure par collage à l'aide d'essais expérimentaux et de simulations numériques qui sont basées sur des essais de caractérisation des matériaux. Le collage, l'adhésif ou plus généralement l'échantillon à analyser peut être solide, liquide ou de type intermédiaire à analyser. Le dimensionnement des assemblages collés passe par la caractérisation du comportement du joint de colle dans un assemblage. Il est connu d'utiliser des éprouvettes linéaires assemblées entre elles par un adhésif à étudier. Ces essais sont normalisés : NF EN 1465 - Adhésifs - détermination de la résistance au cisaillement en traction d'assemblages collés à recouvrement simple, NF Avril 2009 et ASTM D5656 - Standard Test Method for Thick-Adherend Metal Lap-Shear Joints for Detennination of the Stress- Strain Behavior of Adhesives in Shear by Tension Loading. Toutefois, la caractérisation de ces collages permet uniquement d'avoir la caractérisation des sollicitations de cisaillement. Afin de caractériser les autres sollicitations, comme la traction et la compression, il est connu d'utiliser des essais, appelés Arcan modifié, et développés par J.Y. Cognard, P. Davies, B. Gineste et L. Sohier tels qu'expliqués dans le document intitulé « development of an improved adhesive test method for composite assembly design », Composite Science and Technology 2005 ; 65 : 359- 68. L'enseignement de ce document permet de caractériser le comportement d'un joint collé sous des sollicitations de traction, compression et/ou cisaillement. Toutefois, l'enseignement de ce document montre un certain nombre de difficultés qui rendent difficile son utilisation dans l'industrie pour une caractérisation en série de plusieurs colles.

Tout d'abord, le collage des échantillons se fait à l'aide d'un montage de collage sur un moyen de support d'un échantillon. Par exemple, le moyen de support d'un échantillon comprend deux pièces destinées à être collées l'une avec l'autre sur une surface plane de chacune des deux pièces. Ce montage est ensuite fixé sur deux autres pièces qui vont servir à être fixées sur une machine exerçant des sollicitations mécaniques. Les moyens de support d'un échantillon sont généralement fabriqués à l'aide d'un montage qui regroupe plusieurs moyens de support d'un échantillon. Par exemple, un montage permet d'assembler six moyens de support d'un échantillon. Le montage doit prévoir des cales permettant de régler l'épaisseur du joint de colle. Le joint de colle est nettoyé avant une cuisson afin d'éviter la bavure du joint colle. L'inconvénient majeur de ces montages est son temps de mise en place, de réglage et d'utilisation par un opérateur qualifié. De plus, pour des collages avec des temps de polymérisation longs, parfois de l'ordre de plusieurs mois pour certains adhésifs, il est nécessaire d'avoir de nombreux montages qui sont coûteux en réalisation et en immobilisation. D'autre part, le fait de monter un moyen de support d'un échantillon sur deux pièces agencées pour être fixées sur une machine exerçant des sollicitations mécaniques, nécessite un temps de montage important. Il est connu que le moyen de support d'un échantillon est fixé à l'aide de seize vis sur une première pièce et une deuxième pièce. Le montage et le démontage nécessite donc de visser et desserrer les seize vis tout en veillant à ne pas endommager le joint de colle. Enfin, ce type de montage permet de tester environ douze éprouvettes de mesure en huit heures de travail. Cette cadence n'est pas adaptée à une utilisation industrielle où le nombre d'essais peut avoisiner les 30000 essais par an pour une entreprise de fabrication de colle. Le but de la présente invention est de pallier ces inconvénients et de proposer une éprouvette de mesure qui réponde à des cadences industrielles, tout en maîtrisant le montage de l'épaisseur du joint de l'échantillon et en préservant la position du moyen de support d'un échantillon lors de la manipulation de l'éprouvette de mesure. Description de l'invention L'invention propose une éprouvette de mesure de traction, de compression, et/ou de cisaillement comprenant une première pièce et une deuxième pièce comportant chacune au moins un alésage adapté à coopérer avec des mors d'une machine exerçant des sollicitations mécaniques, tel que la première pièce comporte un premier moyen de support d'un échantillon coopérant avec un deuxième moyen de support d'un échantillon de la deuxième pièce, et remarquable en ce qu'au moins une partie des bords de la première pièce forme un premier plateau d'échantillonnage du premier moyen de support d'un échantillon et qu'au moins une partie des bords de la deuxième pièce forme un deuxième plateau d'échantillonnage du deuxième moyen de support d'un échantillon. La première pièce et la deuxième pièce sont constituées d'une première face et d'une deuxième face. Entre la première face et la deuxième face se trouve un bord qui correspond à l'épaisseur de chacune des pièces. Le premier moyen de support d'un échantillon et le deuxième moyen de support d'un échantillon coopèrent par collage d'un échantillon solide, liquide ou de type intermédiaire à analyser. En effet, l'échantillon passe de l'état liquide à celui de solide après la cuisson (qui peut être faite à température ambiante). Par exemple, l'échantillon peut être une colle bicomposant (une résine de type époxy et un durcisseur), un mastic structurant ou un film de colle. Il est entendu par plateau d'échantillonnage, une surface plane sur laquelle est disposé l'échantillonnage à tester. L'éprouvette de mesure permet la mesure de sollicitation mécanique en traction, compression et/ou cisaillement. La première pièce et la deuxième pièce ne sont pas en plusieurs éléments comme le suggère l'état de l'art. En effet, l'état de la technique nous montre qu'il est nécessaire de monter le moyen de support d'échantillon sur la première pièce et/ou la deuxième pièce. Dans le cas de la présente invention, la première pièce et la deuxième pièce sont utilisables tout de suite sans montage d'éléments. Le joint de colle, réalisé entre le premier plateau du premier moyen de support d'un échantillon et le deuxième plateau du deuxième moyen de support d'un échantillon, est préservé. En effet, il n'y a plus de montage du premier moyen de support d'un échantillon sur la première pièce et du deuxième moyen de support d'un échantillon sur la deuxième pièce, ce qui réduit le temps de montage et augmente la cadence des mesures. De plus, le montage de la première pièce avec la deuxième pièce permet de régler l'épaisseur du joint de colle. Le montage de la première pièce et la deuxième pièce permet également d'assurer la bonne position entre le premier plateau d'échantillonnage et le deuxième plateau d'échantillonnage. La première pièce comprenant le premier plateau d'échantillonnage et la deuxième pièce comprenant le deuxième plateau d'échantillonnage sont réutilisables, ce qui évite de nouvelles fabrications.

Selon un aspect de l'invention, au moins un alésage de la première pièce passe par la normale au plan du premier plateau d'échantillonnage et au moins un alésage de la deuxième pièce passe par la normale au plan du deuxième plateau d'échantillonnage. Ainsi, ces alésages permettent de tester la traction ou la compression.

Selon un autre aspect de l'invention, l'éprouvette de mesure comprend au moins : - un alésage de la première pièce qui passe par un premier axe incliné selon un angle a par rapport à la normale au plan du premier plateau d'échantillonnage, ledit premier axe étant disposé dans le plan longitudinal de la première pièce, - un alésage de la deuxième pièce passe par un deuxième axe incliné selon un angle a par rapport à la normale au plan du deuxième plateau d'échantillonnage, ledit deuxième axe étant disposé dans le plan longitudinal de la deuxième pièce, - l'angle a est de l'ordre de 0 à 175°, de préférence 00, 45°, 90° ou 135°. Ainsi, ces alésages permettent de tester le cisaillement, la traction ou la compression avec le cisaillement. Lorsque l'angle a est : - de 00 : il est testé en traction ou en compression, de 0 à 90° (avec les bornes exclues) : il est testé en traction-cisaillement, - 90° : il est testé en cisaillement, - 90° à 175° (avec les bornes exclues) : il est testé en compression-cisaillement. Selon une variante, le premier plateau d'échantillonnage et le deuxième plateau d'échantillonnage comprennent en leur périphérie un bord chanfreiné, droit ou en forme de bec selon un plan incliné par rapport au premier plateau ou au deuxième plateau d'un angle 13 de l'ordre de 10 à 45°, de préférence 30°. 11 est entendu par bec, un bord ayant une extrémité fine et pointue. Ainsi, le bord permet de limiter les ruptures prématurées de l'échantillon. Ces géométries spécifiques en périphérie du premier plateau d'échantillonnage et du deuxième plateau d'échantillonnage permettent de limiter les ruptures prématurées liées à des concentrations de contraintes. Selon une autre variante, la première pièce ou la deuxième pièce est constituée d'un seul matériau. Par exemple, le matériau peut être en alliages d'aluminium, en acier, en polymère ou dans un mélange de composites.

Egalement selon une autre variante, la première pièce et/ou la deuxième pièce comprennent également au moins un moyen de maintien du collage d'échantillon, ledit moyen de maintien étant une vis agencée pour assembler solidairement la première pièce et la deuxième pièce. Ce moyen de maintien permet également de préserver le joint de colle lors des manipulations avant mesure.

Brève description des ficures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description qui suit, réalisée sur la base des dessins annexés. Ces exemples sont donnés à titre non limitatif La description est à lire en relation avec les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 représente une vue en perspective d'une éprouvette de mesure selon l'invention, - la figure 2 représente une autre vue en perspective d'une éprouvette de mesure selon l'invention avec des moyens de maintien, les figures 2 à 4 représentent une vue de face d'une éprouvette de mesure positionné dans une machine exerçant des sollicitations mécaniques, 10 - les figures 5 à 7 représentent une vue zoomée du bec du premier plateau d'échantillonnage et du deuxième plateau d'échantillonnage selon l'invention. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 représente une éprouvette de mesure de traction, compression, et/ou de cisaillement. 15 La première pièce 1 et une deuxième pièce 2 comportent chacune au moins un alésage 3 adapté à coopérer avec des mors d'une machine exerçant des sollicitations mécaniques. Sur la figure 1, la première pièce 1 et une deuxième pièce 2 comportent chacune quatre alésages 3. La première pièce 1 comporte un premier moyen de support d'un échantillon 4 coopérant avec un deuxième moyen de support d'un échantillon 5 de la deuxième pièce 2. 20 Sur la première pièce 1, il y a au moins une partie des bords de cette première pièce 1 qui forme un premier plateau d'échantillonnage 6 du premier moyen de support d'un échantillon 4. Sur la deuxième pièce 2, il y a au moins une partie des bords de cette deuxième pièce 2 qui forme un deuxième plateau d'échantillonnage 7 du deuxième moyen de support d'un échantillon 5. Le joint de colle est destiné à être positionné entre le premier plateau d'échantillonnage 6 et le deuxième 25 plateau d'échantillonnage 7. La figure 2 représente les éléments de la figure 1 avec également deux moyens de maintien du collage d'échantillon. Le moyen de maintien est une vis 8 agencée pour assembler solidairement la première pièce 1 et la deuxième pièce 2. La première pièce 1 et la deuxième pièce 2 sont alors assemblées à l'aide de deux vis 8 à têtes fraisées qui permettent de positionner les deux pièces 30 l'une par rapport à l'autre et de contrôler de manière précise l'épaisseur de la colle à tester. L'épaisseur de la colle est une cote intrinsèque au montage. Cette épaisseur peut varier de quelques dixièmes de millimètres à quelques millimètres. Les pièces ainsi montées permettent le nettoyage des bords du premier plateau d'échantillonnage 6 et du deuxième plateau d'échantillonnage 7. Dans un autre exemple, le moyen de maintien peut être une partie mâle sur la première pièce 1 et une partie femelle sur la deuxième pièce 2, tels qu'un ajout de matière sur la première pièce 1 qui coopère avec un enlèvement de matière sur la deuxième pièce 2. La première pièce 1 ou la deuxième pièce 2 est constituée d'un seul matériau et comporte : au moins un alésage 3, - le premier moyen de support d'un échantillon 4 ou deuxième moyen de support d'un échantillon 5, - le premier plateau d'échantillonnage 6 ou deuxième plateau d'échantillonnage 7, au moins un moyen de maintien. La fabrication de la première pièce 1 et de la deuxième pièce 2 est réalisée à partir d'une plaque d'épaisseur de 10 mm environ. La découpe des pièces peut être faite par fraisage et concerne tous les éléments de la première pièce 1 et de la deuxième pièce 2 : alésages 3, le premier moyen de support d'un échantillon 4 ou deuxième moyen de support d'un échantillon 5, le premier plateau d'échantillonnage 6 ou deuxième plateau d'échantillonnage 7, le moyen de maintien (perçage conique et taraudage)... Une fois l'usinage terminé, les différentes parties sont désolidarisées du reste du brut initial par découpe au jet d'eau, par électroérosion ou par découpe laser. Il est également possible d'utiliser un moule et d'injecter de la matière dans celui-ci pour obtenir la pièce souhaitée. Après la mise en place de la colle à tester et l'assemblage de la première pièce 1 et de la deuxième pièce 2, la cuisson de la colle peut avoir lieu : à température ambiante, dans une étuve, dans un four autoclave, ... Une fois la cuisson de l'éprouvette de mesure réalisée, les vis 8 sont gardées en place afin de pouvoir manipuler l'assemblage sans solliciter de manière mécanique la colle à tester. Avant l'essai, il est nécessaire de démonter les vis 8 qui maintenaient les deux pièces ensemble. La figure 3 représente l'éprouvette de mesure fixée à une machine exerçant des sollicitations mécaniques pour tester la traction. Dans ce cas, un alésage 3 de la première pièce 1 passe par la normale au plan du premier plateau d'échantillonnage 6 et un alésage 3 de la deuxième pièce 2 passe par la normale au plan du deuxième plateau d'échantillonnage 7. La fixation de l'éprouvette de mesure à la machine se fait à l'aide de montages en chapes.

La figure 4 représente l'éprouvette de mesure fixée à une machine exerçant des sollicitations mécaniques pour tester la traction/cisaillement. Dans ce cas, un alésage de la première pièce 1 passe par un premier axe incliné selon un angle a par rapport à la normale au plan du premier plateau d'échantillonnage 6. Un alésage de la deuxième pièce 2 passe par un deuxième axe incliné selon un angle a par rapport à la normale au plan du deuxième plateau d'échantillonnage 7, ledit deuxième axe étant disposé dans le plan longitudinal de la deuxième pièce 2. Le premier axe et le deuxième axe sont disposés dans le plan longitudinal de la première pièce 1 et la deuxième pièce 2 et l'angle a est de 45°. Lorsque les deux pièces sont assemblées, comme montrées sur la figure 4, le premier axe et le deuxième axe sont confondus.

La figure 5 représente l'éprouvette de mesure fixée à une machine exerçant des sollicitations mécaniques pour tester le cisaillement. Dans ce cas, un alésage de la première pièce 1 passe par un premier axe incliné selon un angle a par rapport à la normale au plan du premier plateau d'échantillonnage 6. Un alésage de la deuxième pièce 2 passe par un deuxième axe incliné selon un angle a par rapport à la normale au plan du deuxième plateau d'échantillonnage 7, ledit deuxième axe étant disposé dans le plan longitudinal de la deuxième pièce 2. Le premier axe et le deuxième axe sont disposés dans le plan longitudinal de la première pièce 1 et la deuxième pièce 2 et l'angle a est de 90°. Lorsque les deux pièces sont assemblées, comme montrées sur la figure 5, le premier axe et le deuxième axe sont confondus.

Une attention toute particulière est apportée sur l'usinage des géométries locales en périphérie du premier plateau d'échantillonnage 6 ou du deuxième plateau d'échantillonnage 7. Il est possible de pouvoir usiner différents angles sur la périphérie du premier plateau d'échantillonnage 6 ou du deuxième plateau d'échantillonnage 7 à l'aide d'un même outil de type forêt ou fraise boule. Pour ce faire, il est nécessaire de réaliser un perçage de diamètre 6 mm environ à l'extrémité du premier plateau d'échantillonnage 6 ou du deuxième plateau d'échantillonnage 7. Un premier perçage va permettre de réaliser un bec d'un angle de 10°, selon l'angle E3. Une légère modification du centre de perçage va permettre de modifier l'angle du bec avec le même outil. Par exemple, un deuxième perçage réalise ainsi un bec de 30°, selon l'angle 13. L'angle 13 est l'angle entre : un plan incliné passant par un axe de la périphérie du premier plateau d'échantillonnage 6 ou du deuxième plateau d'échantillonnage 7, et le plan du premier plateau d'échantillonnage 6 ou du deuxième plateau d'échantillonnage 7. La figure 6 représente l'éprouvette de mesure comportant le premier plateau d'échantillonnage 6 faisant face au deuxième plateau d'échantillonnage 7. Cette figure représente un zoom permettant d'apprécier le bec du premier plateau d'échantillonnage 6 et du deuxième plateau d'échantillonnage 7. Le bec est dans un plan incliné par rapport au premier plateau ou au deuxième plateau d'un angle p de l'ordre de 10 à 450. Dans cet exemple, l'angle p est de 30°. La figure 7 représente l'éprouvette de mesure comportant le premier plateau d'échantillonnage 6 faisant face au deuxième plateau d'échantillonnage 7. Cette figure représente un zoom permettant d'apprécier le bord droit du premier plateau d'échantillonnage 6 et du deuxième plateau d'échantillonnage 7. La figure 8 représente l'éprouvette de mesure comportant le premier plateau d'échantillonnage 6 faisant face au deuxième plateau d'échantillonnage 7. Cette figure représente un zoom permettant d'apprécier le bord chanfreiné du premier plateau d'échantillonnage 6 et du deuxième plateau d'échantillonnage 7. Le chanfrein est représenté par l'angle qui peut varier de 10 à 45°. Dans cet exemple, l'angle est de 30°. Pour tester l'éprouvette de mesure, il est nécessaire de préparer les surfaces du premier plateau d'échantillonnage 6 et du deuxième plateau d'échantillonnage 7 afin d'y déposer la colle à tester sur chaque pièce. Cette phase de préparation peut être une phase de nettoyage ou d'usinage des restes de colle du dernier test. De cette manière, la première pièce 1 et la deuxième pièce 2 sont réutilisables. Dans une autre variante, il peut être envisagé, sans sortir du cadre de l'invention, d'adapter les proportions, les formes d'une éprouvette de mesure telles que celles décrites précédemment par de simples dispositions constructives qui apparaîtront directement et sans effort excessif à l'Homme du métier.

Nomenclature 1 première pièce 2 deuxième pièce 3 alésage 4 premier moyen de support d'un échantillon 5 deuxième moyen de support d'un échantillon 6 premier plateau d'échantillonnage 7 deuxième plateau d'échantillonnage 8 vis agencée pour assembler solidairement la première pièce et la deuxième pièce10

Claims

REVENDICATIONS1. Eprouvette de mesure de traction, de compression, et/ou de cisaillement comprenant une première pièce (1) et une deuxième pièce (2) comportant chacune au moins un alésage (3) adapté à coopérer avec des mors d'une machine exerçant des sollicitations mécaniques, tel que la première pièce (1) comporte un premier moyen de support d'un échantillon (4) coopérant avec un deuxième moyen de support d'un échantillon (5) de la deuxième pièce (2), et caractérisée en ce qu'au moins une partie des bords de la première pièce (1) forme un premier plateau d'échantillonnage du premier moyen de support d'un échantillon (4) et qu'au moins une partie des bords de la deuxième pièce (2) forme un deuxième plateau d'échantillonnage (7) du deuxième moyen de support d'un échantillon (5).
2. Eprouvette selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins un alésage (3) de la première pièce (1) passe par la normale au plan du premier plateau d'échantillonnage (6) et qu'au moins un alésage (3) de la deuxième pièce (2) passe par la normale au plan du deuxième plateau d'échantillonnage (7).
3. Eprouvette selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins : - un alésage (3) de la première pièce (1) passe par un premier axe incliné selon un angle a par rapport à la normale au plan du premier plateau d'échantillonnage (6), ledit premier axe étant disposé dans le plan longitudinal de la première pièce (1), - un alésage (3) de la deuxième pièce (2) passe par un deuxième axe incliné selon un angle a par rapport à la normale au plan du deuxième plateau d'échantillonnage (7), ledit deuxième axe étant disposé dans le plan longitudinal de la deuxième pièce (2), - l'angle a est de l'ordre de 0 à 175°, de préférence 0°, 45°, 90° ou 135°.
4. Eprouvette selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le premier plateau- d'échantillonnage (6) et le deuxième plateau d'échantillonnage (7) comprennent en leur périphérie un bord chanfreiné, droit ou en forme de bec selon un plan incliné par rapport au premier plateau ou au deuxième plateau d'un angle 13 de l'ordre de 10 à 45°, de préférence 30°.
5. Eprouvette selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la première pièce (1) ou la deuxième pièce (2) est constituée d'un seul matériau.35
6. Eprouvette selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la première pièce (1) et/ou la deuxième pièce (2) comprennent également au moins un moyen de maintien du collage d'échantillon, ledit moyen de maintien étant une vis (8) agencée pour assembler solidairement la première pièce (1) et la deuxième pièce (2).5