FR3082308A1 - Appareil de mesure de la resistance mecanique d'un corps creux - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un appareil de mesure (10) de la résistance mécanique d'un corps creux (12), ledit corps creux présentant une surface interne (18) et deux extrémités opposées ouvertes (14, 16) présentant chacune une bordure (19). Ledit appareil de mesure (10) comprend: un corps déformable (36) situé à l'intérieur dudit corps creux (12) ; un dispositif de production d'effort (38) pour comprimer ledit corps déformable (36), de façon à ce qu'il exerce une pression sur ladite surface interne (18); et, une jauge de contrainte (42) montée sur ledit dispositif de production d'effort (38). L'appareil comprend en outre au moins une bague rigide (32) présentant une paroi interne, l'une (14) desdites extrémités dudit corps creux (12) étant engagée à l'intérieur de ladite bague rigide (32) ; et ladite bordure (19) dudit corps creux (12) vient prendre appui contre ladite paroi interne lorsque ledit corps creux (12) se déforme radialement.

Description

Appareil de mesure de la résistance mécanique d’un corps creux

La présente invention se rapporte à un appareil de mesure pour mesurer la résistance mécanique d’un corps creux.

Un domaine d’application envisagé est notamment, mais non exclusivement, celui de la mesure de la résistance mécanique des tubes en matériau composite.

Des appareils de mesure connus mettent en œuvre la pression hydraulique pour pouvoir tester la résistance mécanique des tubes en matériau composite et plus généralement des tubes réalisés dans un matériau polymère ou métallique.

Usuellement, on fournit un tronçon de tube, lequel présente une surface interne et deux extrémités opposées ouvertes, et on vient obturer de manière étanche les deux extrémités grâce à deux éléments d’obturation pour pouvoir ensuite injecter sous pression un fluide à l’intérieur du tronçon de tube.

Ainsi, grâce à une pompe hydraulique, par exemple une pompe à piston, on augmente progressivement la pression hydraulique à l’intérieur du tronçon de tube jusqu’à l’éclatement. Immédiatement avant ce stade de l’éclatement, on relève la pression hydraulique fournie par la pompe. De la sorte, il est aisé de tester et de mesurer la résistance mécanique d’une pluralité d’échantillons de tube.

Aussi, il a été imaginé d'insérer à l'intérieur du tronçon de tube un corps solide élastiquement déformable, tel qu'un corps en élastomère, de manière à éviter les projections du fluide sous pression lorsque le tube éclate. Aussi, l'appareil comprend un dispositif de production d’effort, telle une presse, pour comprimer axialement le corps solide déformable à l’intérieur du corps creux, de façon à ce que le corps solide déformable exerce une pression sur la surface interne pour provoquer la déformation radiale du corps creux jusqu'à l'éclatement. Le dispositif de production d'efforts est alors équipé d'une jauge de contrainte pour mesurer une valeur d’intensité d’effort.

Néanmoins, quel que soit le corps déformable mis en œuvre à l'intérieur du tronçon de tube on observe une rupture prématurée de ce dernier par rapport aux calculs théoriques tenant compte des possibilités de déformation du matériau. Partant, le pourcentage de déformation du tronçon de tube étant faible lorsque celui-ci se rompt il est malaisé de discriminer différents types de tube.

Aussi, un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention est d'augmenter la sensibilité des appareils de mesure selon l'art antérieur de manière à pouvoir mieux discriminer différents types de tube.

Dans ce but, il est proposé un appareil de mesure pour mesurer la résistance mécanique d’un corps creux, ledit corps creux présentant une surface interne et deux extrémités opposées ouvertes, lesdites extrémités ouvertes présentant chacune un bord circulaire et une bordure longeant ledit bord, ledit appareil comprenant : un corps déformable adapté à être introduit à l’intérieur dudit corps creux ; un dispositif de production d’effort pour comprimer axialement ledit corps déformable à l’intérieur dudit corps creux, de façon à ce que ledit corps déformable exerce une pression sur ladite surface interne pour provoquer la déformation radiale dudit corps creux ; une jauge de contrainte montée sur ledit dispositif de production d’effort pour mesurer une valeur d’intensité d’effort. Ledit appareil comprend en outre au moins une bague rigide présentant une paroi interne, l’une desdites extrémités dudit corps creux étant adaptée à être engagée à l’intérieur de ladite bague rigide ; et ladite bordure dudit corps creux vient prendre appui contre ladite paroi interne lorsque ledit corps creux se déforme radialement.

Ainsi, une caractéristique de l'invention réside dans la mise en œuvre d'une bague rigide autour de l'une des extrémités du corps creux, de façon à atténuer la discontinuité de pression qui s'applique contre la surface interne du corps creux entre le corps déformable et le dispositif de production d'efforts. Le dispositif de production d’efforts comprend un élément d’obturation supérieur formant piston apte à coulisser à l’intérieur de la bague. Et il comprend également un élément d’obturation inférieur pour refermer l’autre extrémité ouverte du corps creux.

Il a été observé que, grâce à la mise en œuvre de la bague rigide, la rupture du corps creux intervenait après une déformation supérieure à ce qu'elle était en absence de bague et par exemple, sensiblement du double. De la sorte, la sensibilité de la mesure est plus grande car on enregistre bien plus de valeur d'intensité d'efforts jusqu'à la rupture du corps creux. Et en conséquence, on distingue plus nettement les caractéristiques de la déformation de deux corps creux distincts.

Préférentiellement, mais non limitativement, ledit corps déformable est un corps solide déformable. Par exemple, on met en œuvre un élastomère de type caoutchouc naturel. Néanmoins, moyennant les aménagements nécessaires en termes d'étanchéité, il est également prévu de mettre en œuvre un fluide sous pression.

Selon un mode de mise en œuvre de l'invention particulièrement avantageux, la paroi interne de ladite bague rigide présente une portion annulaire étroite et une portion annulaire élargie espacées axialement de ladite portion annulaire étroite. Ainsi, la portion annulaire étroite de la paroi interne de la bague rigide vient en contact avec la bordure du corps creux, lorsque celui-ci est au repos et que le corps déformable n'a pas été déformé, tandis que la portion annulaire élargie s'étend autour de corps creux et à distance. Lorsque le corps déformable est comprimé axialement, le corps creux se déforme alors radialement de manière progressive et vient finalement prendre appui contre la portion annulaire élargie. Préférentiellement, ladite paroi interne de ladite bague rigide présente une portion divergente s’étendant de ladite portion annulaire étroite à ladite portion annulaire élargie. De la sorte, à mesure que le corps déformable est comprimé axialement, la pression radiale qui s'exerce sur le corps creux augmente progressivement et conséquemment, le corps creux se déforme et vient s'appliquer progressivement en appui contre la portion divergente de la paroi interne de la bague rigide. En poursuivant la compression du corps déformable, le corps creux vient s'appliquer contre la portion annulaire élargie et sa déformation peut se poursuivre au-delà de la bague. Au-delà de la bague rigide et selon une composante axiale, le corps creux est libre. Aussi, la différence des contraintes radiales qui s'exercent sur le corps creux entre la section du corps creux située au droit de la portion élargie de la paroi interne de la bague rigide et la section libre voisine, est relativement ténue. Autrement dit, les variations de contraintes sont continues dans la zone annulaire du corps creux située au voisinage de la portion annulaire élargie de la paroi interne de la bague rigide. Grâce à ces caractéristiques on améliore plus encore l'amplitude de la déformation du corps creux avant rupture. Conséquemment, on améliore la sensibilité de l'appareil de mesure selon l'invention.

Selon une variante d'exécution de l'invention particulièrement avantageuse, mais nullement limitative, ladite portion divergente est de forme conique. L'usinage d'une telle portion divergente est aisé et par conséquent, la bague rigide peut être obtenue à un coût avantageux. Par exemple, la génératrice de la portion divergente est inclinée d'un angle compris entre 1° et 5° par rapport à son axe de révolution.

En outre, et selon un mode de réalisation de l'invention particulièrement avantageux, ladite portion annulaire étroite se prolonge, à l’opposé de ladite portion annulaire élargie, par une portion cylindrique. Préférentiellement, la portion cylindrique est à base circulaire. Grâce à cette portion cylindrique, le dispositif de production d'efforts peut venir aisément comprimer le corps déformable de manière étanche comme on l'expliquera plus en détail dans la suite de la description. Préférentiellement, ladite portion cylindrique présente une section inférieure à la section de ladite portion annulaire étroite. La section correspond ici, et dans la suite de la description, à la surface libre interne définie par l’intersection d’un plan perpendiculaire à l’axe de la bague rigide avec sa paroi interne, que ce soit au niveau de la portion cylindrique ou de la portion annulaire étroite. On prévoit une portion cylindrique dont la section est sensiblement égale à la section interne du corps creux et on prévoit un décrochement entre la portion cylindrique et la portion annulaire étroite sensiblement égale à l’épaisseur du corps creux. Ainsi, la bordure du corps creux est adaptée à venir s'appliquer radialement contre la portion annulaire étroite, tandis que la paroi interne de la portion cylindrique prolonge la surface interne du corps creux.

Selon un mode de réalisation préféré, ladite paroi interne de ladite bague rigide présente un épaulement entre ladite portion cylindrique et ladite portion annulaire étroite. De la sorte, le bord du corps creux vient s'appliquer à plat contre l'épaulement de manière à parfaire l'étanchéité entre le corps creux et la bague rigide.

Par ailleurs, et selon un mode préféré de réalisation, ladite bague rigide est réalisée en acier. Ainsi, la bague rigide se déforme très peu sous la contrainte du corps déformable. Elle retient par conséquent le corps creux lorsqu'il se déforme radialement comparativement à la déformation du corps creux.

Préférentiellement, l'appareil de mesure comprend en outre au moins une autre bague rigide présentant une autre paroi interne, l’autre desdites extrémités dudit corps creux étant adaptée à être engagée à l’intérieur de ladite autre bague rigide. De la sorte, on améliore plus encore le pourcentage de déformation du corps creux à la rupture.

D’autres particularités et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d’un mode de réalisation particulier de l’invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels :

- la Figure 1 est une vue schématique d’un appareil de mesure conforme à l’invention ;

- la Figure 2 est une vue schématique en perspective d’un élément de l’appareil de mesure représenté sur la Figure 1 ;

- la Figure 3 est une vue schématique partielle en coupe axiale de l’appareil de mesure représenté sur la Figure 1 dans une première phase de fonctionnement ;

- la Figure 4 est une vue schématique partielle en coupe axiale de l’appareil de mesure représenté sur la Figure 1 dans une seconde phase de fonctionnement ; et,

- la Figure 5 est un graphe montrant les avantages de l’appareil de mesure selon l’invention.

La Figure 1 illustre un appareil de mesure 10 permettant de mesurer la résistance mécanique d’un corps creux et en l’espèce, d’une portion de tube 12 de symétrie cylindrique droite à courbe directrice circulaire et d’axe de symétrie A. La portion de tube 12 présente deux extrémités opposées ouvertes, une extrémité supérieure 14 et une extrémité inférieure 16, ainsi qu’une surface interne 18. En outre, la portion de tube 12 présente un bord supérieur 15 opposé à un bord inférieur 17. Aussi, la portion de tube 12 présente une bordure supérieure 19 longeant le bord supérieur 15.

En l’espèce, la portion de tube 12 est réalisée dans un matériau composite fabriqué par enroulement filamentaire avec un arrangement précis des fibres imprégnées d’un polymère. L’enroulement filamentaire peut être réalisé de manière hélicoïdale. La résine est ici une résine thermodurcissable, par exemple une résine époxyde. Bien entendu, le tube peut également être réalisé au moyen d’une résine thermoplastique. La portions de tube 12 présente ici un diamètre de 120 mm, et l’épaisseur de sa paroi est de l’ordre de 1,5 mm. En l’espèce, la longueur de la portion de tube 12 à tester est de 100 mm.

L’appareil de mesure 10 vise à pouvoir tester la résistance mécanique de ces tubes composites notamment.

L’appareil de mesure 10 présente une embase 20 surmontée d’un portique 22 dont elle est solidaire. Le portique 22 présente une traverse 24 sensiblement parallèle à l’embase 20. Le bord inférieur 17 de la portion de tube 12 prend directement appui sur l’embase 20. Cette dernière vient ainsi obturer l’extrémité inférieure ouverte 16 de la portion de tube 12.

Ainsi, la portion de tube 12 s’étend verticalement, soit perpendiculairement à l’embase 20 et son extrémité supérieure 14 est équipée d’une bague rigide 32 qui vient la coiffer et que l’on décrira en détail dans la suite de la description.

Au préalable, un corps solide déformable cylindrique à base circulaire 36, et non compressible, a été inséré à l’intérieur de la portion de tube 12. Ainsi, le corps solide déformable cylindrique 36 peut être inséré à l’intérieur de la portion de tube 12 avant d’appuyer le bord inférieur 17 de la portion de 12 sur l’embase 20. Lorsque le bord inférieur 17 est en appui sur l’embase 20, le corps solide déformable 36 l’est également.

Le corps solide déformable cylindrique 36 est formé dans un matériau élastomère d’une dureté de 70 Shore A par exemple. Le matériau élastomère est ici un polyuréthane et il présente un coefficient de poisson voisin de 0,5 et est, par conséquent, incompressible. Il est cependant élastiquement déformable, et son module de compressibilité est compris entre 5000 et 9000 MPa, par exemple 7000 MPa. Par exemple, tel que présenté sur la Figure 1, le corps solide déformable 36 présente un diamètre voisin de 120 mm pour pouvoir être installé à l’intérieur de la portion de tube 12, et une hauteur voisine de 100 mm.

L’appareil de mesure 10 comprend en outre un dispositif de production d’effort 38 monté solidairement sur la traverse 24. Le dispositif de production d’effort 38 comprend un vérin hydraulique 40 et une jauge de contrainte 42, installée entre le vérin hydraulique 40 et la traverse 24. Le dispositif de production d’efforts 38 comporte également un élément d’obturation supérieur 34 prolongeant le vérin hydraulique 40. L’élément d’obturation supérieur 34 est engagé à l’intérieur de la bague 32.

Le vérin hydraulique 40 et la jauge de contrainte 42 sont reliés à un boîtier d’enregistrement et de visualisation 44. Ce dernier permet d’enregistrer et d’afficher l’amplitude du déplacement longitudinal du vérin hydraulique 40 et simultanément la contrainte exercée sur ledit vérin hydraulique 40. Le boîtier d’enregistrement et de visualisation 44 inclut également les organes de commande du vérin hydraulique 40. Ces derniers peuvent être automatiques ou semi-automatiques.

On se reportera à la Figure 2 pour décrire plus en détail la bague 32 puis à la Figure 3, pour décrire son agencement avec la portion de tube 12, l’élément d’obturation supérieur 34 et le corps solide déformable 36.

On retrouve en perspective sur la Figure 2 la bague rigide 32. Celle-ci est réalisée en acier et elle présente une paroi interne 46 d’axe de révolution R, et deux bords opposés, un premier bord 48 et un second bord 50. La paroi interne 46 présente une portion cylindrique 52 longeant le premier bord 48, et une portion divergente 54 s’étendant entre une portion annulaire étroite 56 près de la portion cylindrique 52, et une portion annulaire élargie 58 située près du second bord 50.

La portion annulaire étroite 56 présente une section supérieure à celle de la portion cylindrique 52 et elles sont séparées l’une de l’autre par un décrochement 60 formant un épaulement. On veillera à ce que la largeur de l’épaulement soit voisine de l’épaisseur de la portion de tube 12. La portion divergente 54 est conique, et ses génératrices forment un angle de 3° vis-à-vis de l’axe de révolution R. Autrement dit, la section de la portion divergente 54 augmente régulièrement, de la portion annulaire étroite 56 jusqu’à la portion annulaire élargie 58.

On se reportera sur la Figure 3 illustrant la portion de tube 12 au repos présentant sa bordure supérieure 19, et à l’intérieur duquel est engagé le corps solide déformable 36. De surcroît, l’extrémité supérieure 14 de la portion de tube 12 est engagée à l’intérieur de la bague 32 dans la portion divergente 54 de manière à ce que le bord supérieur de 15 vienne en butée contre l’épaulement 60. De la sorte, compte tenu de la largeur de l’épaulement 60 et de l’épaisseur de la portion de tube 12, la portion cylindrique 52 de la paroi interne 46 et la surfaces interne 18 de la portion de tube 12 s’étendre dans le prolongement l’une de l’autre sans discontinuité. De surcroît, on obtient une meilleure étanchéité entre la portion de tube et la bague rigide 32.

Le corps solide déformable 36 s’étend partiellement dans la portion cylindrique 52 de manière à ce que l’élément d’obturation supérieur 34 puisse venir s’engager dans la portion cylindrique 52 de la bague rigide 32.

On observera que la bordure supérieure 19 de la portion du tube 12 est en appui contre la portion annulaires étroite 56 de la paroi interne 46, tandis que la portion annulaire élargie 58 de la paroi interne 46, est sensiblement écartée de la portion de tube 12, compte tenu de la portion divergente 54 de la paroi interne 46.

Par ailleurs, on observera que l’élément d’obturation supérieur 34, de symétrie cylindrique à base circulaire présente un diamètre égal à celui de la portion cylindrique 52 de la bague rigide 32, au jeu fonctionnel près.

On se reportera de nouveau à la Figure 1, puis ensuite sur la Figure 4 pour illustrer le comportement de la portion de tube 12 lorsque le corps solide déformable 36 est comprimé axialement.

Ainsi, on commande l’actionnement du vérin hydraulique 40 tout en enregistrant grâce au boîtier d’enregistrement et de visualisation 44, l’amplitude de mouvement du vérin hydraulique 40 et la valeur d’effort donnée par la jauge de contrainte 42. Ainsi, on entraîne l’élément d’obturation supérieur 34 vers l’embase 20 et on comprime alors axialement selon l’axe de symétrie A, le corps solide déformable cylindrique 36. Ce faisant, le corps solide déformable cylindrique 36 tend à se déformer radialement au niveau de la portion de tube 12 et il exerce alors progressivement une pression uniforme sur la surface interne 18 de la portion de tube 12. Ce dernier tend alors à se déformer radialement, à volume constant et plus précisément, à gonfler. Au fur et à mesure de l’enfoncement de l’élément d’obturation supérieur 34 à l’intérieur de la bague rigide 32, la portion de tube 12, à partir de la bordure supérieure 19, vient progressivement s’appliquer, selon une composante axiale, contre la portion divergente 54 comme illustré sur la Figure 4. L’enfoncement de l’élément d’obturation supérieur 34 est poursuivie jusqu’à ce que la portion de tube 12 viennent s’appuyer contre la portion annulaire élargie 58 sans toutefois atteindre l’arrête qu’elle forme avec le bord de la bague 32. Au-delà de la portion annulaire élargie 58, la portion de tube 12 est libre et elle subit alors sans retenue la pression selon une direction radiale, du corps solide déformable 36. Aussi, on prévoit une portion divergente 54 suffisamment longue par rapport à la possible déformation du tube 12 de manière à ce que ce dernier puisse se rompre avant d’atteindre l’arrête précitée.

De la sorte, les contraintes qui s’exercent sur la portion de tube 12 audelà de la bague 32 et de la portion annulaire élargie 58 sont voisines, de celles qui s’exercent précisément au niveau de la portion annulaires élargie 58. Par conséquent, cette continuité des contraintes permet de poursuivre dans une certaine mesure, la déformation de la portion de tube 12 en comprimant plus encore le corps solide déformable 36 par l’intermédiaire du vérin 40.

On se référera à présent à la Figure 5, sur laquelle un graphe 62 illustre les résultats fournis par le boîtier d’enregistrement et de visualisation 44 de l’appareil de mesure 10, pour deux essais différents. L’un des essais est réalisé en absence de bague rigide, c’est-à-dire que l’élément d’obturation supérieur vient comprimer le corps solide déformable directement à l’intérieur de la portion de tube. L’autre est réalisé avec la bague rigide 32 telle qu’illustrée précédemment.

Deux courbes sensiblement linéaire, une première courbe courbe 64 correspondant au premier essai, et une seconde courbe 66 correspondant au second essai, montrent l’évolution de la charge sur le corps solide déformable en fonction de la déformation pour deux portions de tube identiques. On observera que la déformation du corps solide déformable jusqu’à l’éclatement du corps creux, où portion de tube 12, sont directement liés aux capacités de déformation du corps creux lui-même. Et par conséquent, ce sont bien ses caractéristiques mécaniques que l’on sollicite et que l’on mesure.

La première courbe 64 présente un premier extremum 68 auquel la portion de tube éclate, alors que le pourcentage de déformation est voisin de 0,7 %, tandis que la seconde courbe 66 présente un second extremum 70 auquel la portion de tube éclate alors que le pourcentage de déformation est voisin de 1,2 %.

Conséquemment, on observe que la bague rigide 32 permet une plus grande déformation de la portion de tube avant éclatement. Et partant, grâce à la bague rigide 32 on obtient une meilleure discrimination des différents types de tube creux que l’on peut tester sur l’appareil de mesure 10 conforme à l’invention.

Par ailleurs, et pour augmenter plus encore les possibilités de déformation du tube creux 12, on installe une autre bague rigide, non représentée sur la figure 1, sur l’extrémité inférieure 16.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1. Appareil de mesure (10) pour mesurer la résistance mécanique d’un corps creux (12), ledit corps creux présentant une surface interne (18) et deux extrémités opposées ouvertes (14, 16), lesdites extrémités ouvertes présentant chacune un bord circulaire (15) et une bordure (19) longeant ledit bord, ledit appareil de mesure (10) comprenant :

   - un corps déformable (36) adapté à être introduit à l’intérieur dudit corps creux (12) ;

   - un dispositif de production d’effort (38) pour comprimer axialement ledit corps déformable (36) à l’intérieur dudit corps creux (12), de façon à ce que ledit corps déformable (36) exerce une pression sur ladite surface interne (18) pour provoquer la déformation radiale dudit corps creux (12) ;

   - une jauge de contrainte (42) montée sur ledit dispositif de production d’effort (38) pour mesurer une valeur d’intensité d’effort ;

   caractérisé en ce qu’il comprend en outre au moins une bague rigide (32) présentant une paroi interne (46), l’une (14) desdites extrémités dudit corps creux (12) étant adaptée à être engagée à l’intérieur de ladite bague rigide (32);

   et en ce que ladite bordure (19) dudit corps creux (12) vient prendre appui contre ladite paroi interne (46) lorsque ledit corps creux (12) se déforme radialement.
2. 2. Appareil de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit corps déformable (36) est un corps solide déformable.
3. 3. Appareil de mesure selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite paroi interne (46) de ladite bague rigide (32) présente une portion annulaire étroite (56) et une portion annulaire élargie (58) espacées axialement de ladite portion annulaire étroite (56).
4. 4. Appareil de mesure selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite paroi interne (46) de ladite bague rigide (32) présente une portion divergente (54) s’étendant de ladite portion annulaire étroite (56) à ladite portion annulaire élargie (58).
5. 5. Appareil de mesure selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite portion divergente (54) est de forme conique.
6. 6. Appareil de mesure selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que ladite portion annulaire étroite (56) se prolonge, à l’opposé de ladite portion annulaire élargie (58), par une portion cylindrique (52).
7. 7. Appareil de mesure selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite portion cylindrique (52) présente une section inférieure à la section de ladite portion annulaire étroite (56).
8. 8. Appareil de mesure selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que ladite paroi interne (46) de ladite bague rigide (32) présente un épaulement (70) entre ladite portion cylindrique (52) et ladite portion annulaire étroite (56).
9. 9. Appareil de mesure selon l’une quelconque des revendications 1 à

   8, caractérisé en ce que ladite bague rigide (32) est réalisée en acier.
10. 10. Appareil de mesure selon l’une quelconque des revendications 1 à

    9, caractérisé en ce que qu’il comprend en outre au moins une autre bague rigide présentant une autre paroi interne, l’autre (16) desdites extrémités dudit corps creux (12) étant adaptée à être engagée à l’intérieur de ladite autre bague rigide.