FR3007522A1 - Dispositif de sollicitations mecaniques en traction/compression et/ou torsion - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif (1) de sollicitations en traction/compression et/ou torsion d'une éprouvette (2) fixée entre un premier mors (6) et un deuxième mors (7), comprenant un bâti (3) fixe, un moyen de traction/compression (4) de l'éprouvette (2), un moyen de torsion (5) de l'éprouvette (2) ayant une extrémité inférieure (10) mobile par rapport au bâti (3) et fixée au deuxième mors (7), une platine de rotation (8) présentant une première partie (8a) fixée sur le bâti (3) et une deuxième partie (8b) mobile par rapport à la première partie (8a), et entraînant dans sa rotation, le moyen de traction/compression (4) de l'éprouvette (2), qui est fixé à la deuxième partie (8b) mobile et au premier mors (6), et des moyens d'asservissement (9) de la position de l'extrémité inférieure (10) mobile du moyen de torsion (5) par rapport à la position de la deuxième partie (8b) mobile.
Description
Dispositif de sollicitations mécaniques en traction/compression et/ou torsion La présente invention concerne le domaine des dispositifs de sollicitations mécaniques de petits échantillons de matériaux pour étudier leurs propriétés physiques et mécaniques. Ces dispositifs de sollicitations mécaniques sont utilisés pour optimiser l'utilisation de ces matériaux et calculer leur durée de vie. De nombreux dispositifs de sollicitations mécaniques existent dans l'état de l'art. Dans la demande de brevet DE 102010033923, un tel dispositif est décrit. Il comporte un tube de rotation transparent, pivotant devant un système d'observation fixe, et dans lequel est fixé un élément de contact permettant la tenue d'un échantillon de matériau.
L'élément de contact permet de guider et fixer l'échantillon par des entretoises et des paliers. Des vis permettent d'exercer une flexion sur l'échantillon. Un élément de chargement peut exercer une pression sur l'échantillon. Dans la demande de brevet WO 2008/083993, un autre dispositif est 20 présenté. Il comporte un bâti tournant devant un système d'observation fixe, et qui permet de réaliser des essais de traction/compression à l'aide d'un vérin sur un échantillon, le dispositif étant monté fixé avec des colonnes ou tubes s'étendant entre une partie inférieure du bâti et une partie supérieure du bâti. 25 Ces colonnes sont en matériau transparent et peu absorbant des rayons X, et la partie inférieure du bâti est située sur un plateau tournant par rapport au système d'observation. Les dispositifs des demandes de brevet DE 102010033923 et WO 2008/083993 ne sont pas satisfaisants, car ils ne permettent pas de réaliser 30 de façon continue des mesures au plus proche de l'échantillon et sur l'ensemble de la périphérie de l'échantillon.
En effet, l'échantillon est caché au système d'observation à certains moments pendant la rotation du fait que le bâti tournant est interposé entre l'échantillon et le système d'observation. En outre, la présence des colonnes en matériau transparent perturbe l'observation et rend difficile la mise en place d'environnements spécifiques autour des échantillons (fours, enceintes environnementales). De plus, le tube transparent peut fondre dans certaines situations. Par ailleurs, il faut démonter une partie du bâti pour changer l'éprouvette, ce qui empêche le changement régulier de l'éprouvette.
Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer un dispositif de sollicitations en traction/compression et/ou torsion qui permet d'éviter ces inconvénients. Le dispositif comporte une éprouvette fixée entre un premier mors et un deuxième mors, comprenant un bâti fixe, un moyen de traction/compression de l'éprouvette, et un moyen de torsion de l'éprouvette ayant une extrémité inférieure mobile par rapport au bâti et fixée au deuxième mors. Le dispositif est remarquable en ce qu'il comporte une platine de rotation présentant une première partie fixée sur le bâti et une deuxième partie mobile par rapport à la première partie, et entraînant dans sa rotation, le moyen de traction/compression de l'éprouvette, qui est fixé à la deuxième partie mobile et au premier mors. Des moyens d'asservissement de la position de l'extrémité inférieure mobile du moyen de torsion par rapport à la position de la deuxième partie mobile, lors de la rotation de la deuxième partie mobile sont utilisés.
Les moyens d'asservissement permettent d'asservir en angle et/ou en couple de torsion le moyen de torsion avec la platine de rotation. Le dispositif présente un système d'observation de l'éprouvette, fixe par rapport au sol et qui peut être fixé sur le bâti fixe. Le système d'observations peut être un capteur et/ ou une source de 30 rayons X d'un tomographe, un microscope optique, une caméra de thermographie infrarouge.
Le bâti fixe est agencé pour que le système d'observation de l'éprouvette soit situé à proximité de l'éprouvette. Par exemple, le système d'observation peut être situé à une distance inférieure à un à deux centimètres de l'éprouvette (selon le dessin de l'éprouvette). Le moyen de traction/compression et le moyen de torsion sont des moyens d'application d'efforts dynamiques et/ou statiques. Le moyen de torsion comporte un moteur fixé à un carter supérieur du bâti fixe.
Le carter supérieur peut présenter une base inférieure et une structure de support du moyen de torsion. La structure de support peut comporter en section longitudinale un profil en forme sensiblement de U renversée à 180°, dont Et base horizontale du U a une ouverture dans laquelle est fixée le moteur du moyen de torsion et dont les deux branches dressées du U sont solidaires de la base inférieure. La distance entre le haut de l'éprouvette et le haut de la platine de rotation peut être calculée en tenant compte de l'erreur angulaire entre un axe de rotation courant de la platine de rotation et un axe de rotation théorique de la platine de rotation.
Elle est, par exemple, inférieure à 100 mm. La hauteur séparant le moyen de torsion et le moyen de traction/compression, peut être supérieure à 15 cm. La distance entre le haut de l'éprouvette et le bas du dispositif peut être inférieure à 1000 mm.
Avantageusement, le moyen de traction/compression de l'éprouvette est situé sous la platine de rotation. La présente invention concerne également un procédé de sollicitations en traction/compression et/ou torsion sur une éprouvette fixée entre premier mors et un deuxième mors d'un dispositif défini ci-avant, comprenant les étapes consistant à: - dans une première étape, solliciter en efforts de traction/compression l'éprouvette par un moyen de traction/compression ; et /ou solliciter en efforts de torsion l'éprouvette par un moyen de torsion ; - dans une seconde étape, faire tourner l'éprouvette déformée suivant une rotation donnée autour du bâti fixe, par une platine de rotation, des efforts de traction/compression et/ou torsion statiques fixés étant appliqués sur l'éprouvette, en asservissant le moyen de torsion à la rotation de la platine de rotation pour maintenir constante la torsion appliquée lors de la rotation de la platine de rotation, et réaliser les observations et/ou les mesures des déformations de l'éprouvette déformée après chaque rotation donnée de l'éprouvette. Les efforts de traction/ compression et les efforts de torsion sont appliqués de façon dynamique et/ou statique, dans la première étape avant chaque rotation de la platine de rotation, et sont appliqués de façon statique ensuite durant chaque rotation de la platine de rotation lors de la deuxième étape. Avantageusement, la platine de rotation peut effectuer une rotation donnée pas à pas, sur 3600 . D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente une vue en perspective du dispositif de sollicitations mécaniques selon l'invention ; - la figure 2 représente une vue légèrement en perspective d'un carter supérieur du bâti du dispositif ; - la figure 3 représente un schéma de la position verticale des éléments du dispositif de sollicitations mécaniques ; - la figure 4 représente une vue en coupe centrale du dispositif de sollicitations mécaniques suivant sa hauteur.
La présente invention concerne un dispositif 1 de sollicitations mécaniques en traction/compression et/ou torsion d'une éprouvette 2 (ou échantillon) déplacée dans un bâti 3 fixe.
Le dispositif 1 comporte un moyen de traction/compression 4 de l'éprouvette 2, et un moyen de torsion 5 de l'éprouvette 2 déplacés à l'intérieur du bâti 3 fixe. Le moyen de traction/compression 4 et le moyen de torsion 5 sont des moyens d'application d'efforts dynamiques selon des cycles donnés, et/ou d'efforts statiques. Par exemple, il peut être appliqué sur l'éprouvette 2 des tests en fatigue sur plus de 10 000 000 cycles. A titre illustratif uniquement, l'éprouvette 2 peut, par exemple, être une pièce en matériau composite, polymère ou métallique. Comme illustré sur les figures 1 et 4, l'éprouvette 2 est fixée entre un premier mors 6 fixé au moyen de traction/compression 4 et un deuxième mors 7 fixé au moyen de torsion 5 au niveau d'une extrémité inférieure 10 du moyen de torsion 5, les deux mors 6, 7 étant mobiles dans le bâti 3 fixe.
Conformément à l'invention, le dispositif 1 comporte une platine de rotation 8 présentant une première partie 8a fixée sur le bâti 3 et une deuxième partie 8b mobile par rapport à la première partie 8a, et entraînant dans sa rotation, le moyen de traction/compression 4 de l'éprouvette 2, qui est fixé à la deuxième partie 8b mobile et au premier mors 6.
Le dispositif 1 comporte également des moyens d'asservissement 9 de la position de l'extrémité inférieure 10 mobile du moyen de torsion 5 par rapport à la position de la deuxième partie 8b mobile, lors de la rotation de la deuxième partie 8b mobile. Les moyens d'asservissement 9 permettent d'asservir en angle et/ou en couple de torsion le moyen de torsion 5 avec la platine de rotation 8. Un système d'observation ou de caractérisation de l'éprouvette 2, est disposé de façon fixe au bâti 3 ou sur le sol, et n'est pas représenté ici. Le système d'observations peut être, par exemple, à titre uniquement illustratif, un capteur et/ ou une source de rayons X d'un tomographe, un microscope optique, une caméra de thermographie infrarouge ou tout autre système d'observation visant à étudier l'éprouvette 2.
Grâce à l'invention, il est ainsi possible de coupler différents moyens d'observation volumique (avec les rayons X par exemple) ou surfacique (avec des photographies par exemple) grâce à la rotation continue de l'éprouvette 2 devant les moyens d'observation et au plus proche de l'éprouvette 2. Le bâti 3 fixe est agencé pour que le système d'observation de l'éprouvette 2 soit situé à proximité de l'éprouvette 2. Le système d'observation peut être situé au plus proche de l'éprouvette 2, par exemple à une distance inférieure à un ou deux centimètres.
Tout forme de bâti 3 est réalisable. Il a été décrit ici un bâti 3 illustré sur les figures 1 et 4 qui comporte un carter supérieur 11, deux joues 3a (ayant ici par exemple un profil en forme de L) et des pieds 12 fixés aux joues 3a sur la plus petite branche du L et en appui sur le sol.
Le carter supérieur 11 comporte une forme permettant un dégagement de l'espace autour de l'éprouvette 2 et des deux mors mobiles 6 et 7. Comme illustré sur la figure 2, le carter supérieur 11 présente une base inférieure 13 et une structure de support 14 du moyen de torsion 5 dans laquelle se situe l'éprouvette 2.
La base inférieure 13 épouse ici la forme de la partie supérieure de la première partie 8a de la platine de rotation 8. Par exemple, ici, la structure de support 14 présente une forme d'anse située au-dessus de l'espace dans lequel se situe l'éprouvette 2. En d'autres termes, la structure de support 14 peut présenter en section longitudinale un profil en forme sensiblement de U renversée à 1800, dont la base horizontale supérieure 14a du U présente une ouverture 14c dans laquelle est fixée le moteur 5a du moyen de torsion 5 et dont les deux branches 14b inférieures dressées du U sont solidaires de la base inférieure 13.
Plus précisément, les branches 14b du U présentent chacune, par rapport à la verticale, une paroi extérieure droite 15 et une paroi intérieure inclinée 16, les deux parois intérieures inclinées 16 et la base horizontale 14a du U formant en coupe longitudinale une section trapézoïdale. Le moyen de torsion 5 est un vérin de torsion qui comporte un moteur 5a fixé à la structure de support 14 du carter supérieur 11.
L'extrémité inférieure 10 mobile du moyen de torsion 5 reliée au moteur 5a est fixée ici sur la figure 4 à un profilé 17, en I , lui-même fixé au deuxième mors 7. Tout vérin de torsion peut être choisi. Par exemple, à titre illustratif uniquement, le vérin de torsion peut être choisi pour avoir une sensibilité de 111m. Le moyen de traction/compression 4 est un vérin de traction/compression. Il présente ici une tige 18 déplaçable en translation à l'intérieur d'un passage 19 de la deuxième partie 8b mobile, situé dans un manchon 20 fixé et concentrique à la deuxième partie 8b mobile.
La tige 18 est reliée à un moteur 4a situé en-dessous la platine de rotation 8, et est fixée en rotation avec le manchon 20. Tout vérin de traction/compression peut être choisi. Par exemple, à titre illustratif uniquement, le vérin peut présenter un moteur linéaire et permettre de reprendre un effort radial important, par exemple 600N, et reprendre des efforts en torsion par des lames. Toute platine de rotation 8 est utilisable. Par exemple, à titre illustratif uniquement, la platine de rotation 8 présente une première partie 8a sensiblement hexagonale et une deuxième partie 8b cylindrique.
Elle peut réaliser une erreur angulaire entre un axe de rotation courant de la platine de rotation 8 et un axe de rotation théorique de la platine de rotation 8 qui passe par le centre la platine et s'étendant verticalement suivant la hauteur du dispositif 1, inférieure à 10 prad. La distance entre le haut 2a de l'éprouvette 2 et le haut 8a de la platine de rotation 8, illustrée sur la figure 3, est calculée en tenant compte de l'erreur angulaire entre un axe de rotation courant de la platine de rotation 8 et un axe de rotation théorique de la platine de rotation 8.
Par exemple, avec l'utilisation de la platine de rotation 8 présentée ci-avant et dont l'erreur angulaire est de 10 prad, cette distance est inférieure à 100 mm pour éviter que l'éprouvette 2 tenue entre les deux mors 6 et 7, ne se déplace de plus d'un micromètre afin d'assurer une résolution satisfaisante de l'image. La hauteur h séparant le moyen de torsion 5 et le moyen de traction/compression 4, peut être supérieure à 15 cm, en particulier pour le passage des rayons X. Avantageusement, le moyen de traction/compression 4 de l'éprouvette 2 est situé sous la platine de rotation 8, par la réalisation du bâti 3 qui comporte deux joues 3a et les pieds 12. Par exemple, la distance entre le haut 2a de l'éprouvette 2 et le bas 12a des pieds 12 du dispositif 1 peut être inférieure à une hauteur qui correspond à la hauteur des rayons X, par exemple inférieure à 1000 mm.
Le procédé de sollicitations en traction/compression et/ou torsion appliqué par le dispositif 1 sur l'éprouvette 2 comprend dans une première étape, la sollicitation en efforts de traction/compression statiques ou dynamiques sur l'éprouvette 2, et /ou en efforts de torsion statiques ou dynamiques sur l'éprouvette 2 ; et dans une seconde étape, la rotation de l'éprouvette 2 déformée autour du bâti 3 fixe, par la platine de rotation 8, des efforts de traction/compression et/ou torsion statiques fixés étant appliqués sur l'éprouvette 2. Au cours de la seconde étape, le moyen de torsion 5 est asservi à la rotation de la platine de rotation 8 pour maintenir constante la torsion appliquée lors de la rotation de la platine de rotation 8, et réaliser les observations et/ou les mesures des déformations de l'éprouvette 2 déformée après chaque rotation donnée de l'éprouvette 2. Les efforts de traction/ compression et les efforts de torsion sont appliqués de façon statique et/ou dynamique avant ou après chaque rotation de la platine de rotation 8, dans la première étape et sont maintenus statiques pendant la rotation lors de la deuxième étape.
Dans une réalisation, la platine de rotation 8 effectue une rotation donnée pas à pas, sur 3600 . Elle peut effectuer dix rotations successives pour faire tourner l'éprouvette 2 sur 3600°.
Ainsi, le dispositif 1 selon l'invention permet de positionner au plus proche de l'éprouvette 2 mobile, le système d'observation immobilisé et fixé au bâti 3 ou sur le sol. Toute la surface de l'échantillon est observable grâce à la rotation complète devant le système d'observation.
De plus, l'accès direct à l'éprouvette 2 permet d'augmenter la qualité et la résolution spatiale des mesures d'observation par rapport aux dispositifs existants en raison de la suppression des tubes transparents qui diminuent la qualité des mesures. L'accès direct à l'éprouvette 2 permet également de placer l'éprouvette 2 dans un environnement contrôlé (température, pression, gaz, liquide), fixe par rapport au système d'observation, et de la remplacer sans démonter une partie du bâti 3 en ouvrant les mors 6 et 7.
Claims (14)
- REVENDICATIONS1. Dispositif (1) de sollicitations en traction/compression et/ou torsion d'une éprouvette (2) fixée entre un premier mors (6) et un deuxième mors (7), comprenant un bâti (3) fixe, un moyen de traction/compression (4) de l'éprouvette (2), un moyen de torsion (5) de l'éprouvette (2) ayant une extrémité inférieure (10) mobile par rapport au bâti (3) et fixée au deuxième mors (7), caractérisé en ce qu'il comporte : - une platine de rotation (8) présentant une première partie (8a) fixée sur le bâti (3) et une deuxième partie (8b) mobile par rapport à la première partie (8a), et entraînant dans sa rotation, le moyen de traction/compression (4) de l'éprouvette (2), qui est fixé à la deuxième partie (8b) mobile et au premier mors (6), - des moyens d'asservissement (9) de la position de l'extrémité inférieure (10) mobile du moyen de torsion (5) par rapport à la position de la deuxième partie (8b) mobile, lors de la rotation de la deuxième partie (8b) mobile.
- 2. Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il présente un système d'observation de l'éprouvette (2), fixe par rapport au bâti (3) fixe, et situé à proximité de l'éprouvette (2).
- 3. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que les moyens d'asservissement (9) permettent d'asservir en angle et/ou en couple de torsion le moyen de torsion (5) avec la platine de rotation (8).
- 4. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la distance entre le haut (2a) de l'éprouvette (2) et le haut (8a) de la platine de rotation (8) est calculée en tenant compte de l'erreur angulaire entre un axe de rotation courant de la platine de rotation (8) et un axe de rotation théorique de la platine de rotation (8), par exemple est inférieure à 100 mm.
- 5. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la hauteur (h) séparant le moyen de torsion (5) et le moyen de traction/compression (4), est supérieure à 15 cm.
- 6. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la distance entre le haut (2a) de l'éprouvette (2) et le bas (12a) du dispositif (1) est inférieure à 1000 mm.
- 7. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le moyen de traction/compression (4) de l'éprouvette (2) est situé sous la platine de rotation (8).
- 8. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le moyen de torsion (5) comporte un moteur (5a) fixé à un carter supérieur (11) du bâti (3) fixe.
- 9. Dispositif (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que le carter supérieur (11) présente une base inférieure (13) et une structure de support (14) du moyen de torsion (5) qui présente en section longitudinale un profil en forme sensiblement de U renversée à 180°, dont Et base horizontale (15a) du U présente une ouverture (14c) dans laquelle est située le moteur (5a) du moyen de torsion (5) et dont les deux branches (14b) dressées du U sont solidaires de la base inférieure (13).
- 10. Dispositif (1) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le moyen de traction/compression (4) et le moyen de torsion (5) sont des moyens d'application d'efforts dynamiques et/ou statiques.
- 11. Dispositif (1) selon l'une des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que le système d'observations est un capteur et/ ou une source de rayons X d'un tomographe, un microscope optique, une caméra de thermographie infrarouge.
- 12. Procédé de sollicitations en traction/compression et/ou torsion sur une éprouvette (2) fixée entre premier mors (6) et un deuxième mors (7) d'un dispositif (1) défini selon l'une des revendications 1 à 11, comprenant les étapes consistant à: - dans une première étape, solliciter en efforts de traction/compression l'éprouvette (2) par un moyen de traction/compression (4) ; et /ou solliciter en efforts de torsion l'éprouvette (2) par un moyen de torsion (5) ; - dans une seconde étape, faire tourner l'éprouvette (2) déformée suivant une rotation donnée autour du bâti (3) fixe, par une platine de rotation (8), des efforts de traction/compression et/ou torsion statiques fixés étant appliqués sur l'éprouvette (2), en asservissant le moyen de torsion (5) à la rotation de la platine de rotation (8) pour maintenir constante la torsion appliquée lors de la rotation de la platine de rotation (8), et réaliser les observations et/ou les mesures des déformations de l'éprouvette (2) déformée après la rotation donnée de l'éprouvette (2).
- 13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel les efforts de traction/ compression et les efforts de torsion sont appliqués de façon dynamique et/ou statique, avant la rotation de la platine de rotation (8), dans la première étape.
- 14. Procédé selon l'une des revendications 12 à 13, dans lequel la platine de rotation (8) effectue une rotation donnée pas à pas, sur 3600 . 25
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