LU87562A1 - BARRA EQUIONDA-DEVICE FOR DYNAMIC TESTING OF A TORSION TEST - Google Patents
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Description
DISPOSITIF DE TEST DYNAMIQUE D'UNE EPROUVETTEDEVICE FOR DYNAMIC TESTING OF A TEST
EN TORSIONIN TORSION
L'invention se réfère à un dispositif de test dynamique d'une ·. éprouvette en torsion, comportannt en alignement axial’( - un générateur susceptible de créer au moins un effort de torsion, - une barre transmettant cet effort du générateur vers l’éprouvette accouplée à 1'extrémitée de la barre, - un dispositif de blocage susceptible de bloquer et de libérer brusquement ladite barre, ce dispositif étant appliqué à la barre en un point situé entre l'éprouvette et le générateur .The invention relates to a dynamic test device for a ·. specimen in torsion, with axial alignment '(- a generator capable of creating at least a torsional force, - a bar transmitting this force from the generator to the specimen coupled to the end of the bar, - a blocking device capable abruptly blocking and releasing said bar, this device being applied to the bar at a point between the test piece and the generator.
Un dispositif de test en traction est connu à partir de la publication "Institute of Physics Conférence Sériés N° 21, 1974", pages 22 à 30. On y voit en effet un générateur d'effort de traction constitué par une vis différentielle et accouplé à. une extrémité- d'une première barre, dont l'autre extrémité est reliée à une seconde barre à travers l'éprouvette. Un dispositif de blocage, qui permet de bloquer et de libérer brusquement cette barre sur commande est situé à un point intermédiaire entre l'éprouvette et ledit générateur. Des moyens de mesure de contrainte sont disposés entre ce dispositif de blocage et l'éprouvette d'une part et entre l'éprouvette et l'extrémité libre de la seconde barre d'aütre part.A tensile test device is known from the publication "Institute of Physics Conférence Sériés N ° 21, 1974", pages 22 to 30. It is indeed seen there a generator of tensile force constituted by a differential screw and coupled at. one end of a first bar, the other end of which is connected to a second bar through the test tube. A blocking device which makes it possible to block and suddenly release this bar on command is situated at an intermediate point between the test piece and said generator. Strain measurement means are arranged between this locking device and the test piece on the one hand and between the test piece and the free end of the second bar on the other hand.
En opération, on charge la première barre par le générateur en traction et puis on libère brusquement le dispositif de blocage, ce qui fait propager une onde de traction le long de la première barre depuis ce dispositif vers l'éprouvette. Les moyens de mesure tels qu’une jauge de contrainte sont placés sur les deux barres de part et d'autre de l'éprouvette pour mesurer l'effort auquel l’éprouvette a été soumise jusqu'à la rupture.In operation, the first bar is loaded by the generator in tension and then the locking device is suddenly released, which propagates a traction wave along the first bar from this device to the test piece. Measuring means such as a strain gauge are placed on the two bars on either side of the test piece to measure the force to which the test piece has been subjected until failure.
Un tel dispositif ne se prête pas à l'étude des effets que la torsion exerce sur une éprouvette. En effet, lorsqu'un générateur de torsion à la place d'un générateur de traction charge la première barre jusqu'au dispositif de blocage en torsion et lorsqu'on libère ensuite le dispositif de blocage, on observe .qu'une grande partie de l'énergie stockée dans la première barre en torsion se transforme en traction, cet effort se propageant à une vitesse nettement plus grande que l'onde transversale ou de torsion. Bien avant l'arrivée de l'onde de torsion, l'éprouvette est donc soumise à une contrainte de traction qui précède l'onde transversale d'autant plus que l'éprouvette est plus éloignée du dispositif de blocage. Pour réduire ce phénomène, il faudrait donc rapprocher l'éprouvette du dispositif de blocage, mais ce rapprochement est limité, car il faut toujours prévoir un moyen de mesure de contrainte entre l'éprouvette et le dispositif de blocage.Such a device does not lend itself to studying the effects that torsion has on a test piece. Indeed, when a torsion generator instead of a traction generator loads the first bar to the torsion blocking device and when the blocking device is then released, it is observed that a large part of the energy stored in the first torsional bar is transformed into traction, this effort propagating at a speed clearly greater than the transverse or torsional wave. Long before the arrival of the torsional wave, the test piece is therefore subjected to a tensile stress which precedes the transverse wave, the more so as the test piece is further from the blocking device. To reduce this phenomenon, the specimen should therefore be brought closer to the blocking device, but this reconciliation is limited, since it is always necessary to provide a means of measuring the stress between the test specimen and the blocking device.
L'invention a donc pour but de concevoir un dispositif de test dynamique en torsion permettant d'élargir les variantes de test et en particulier de soumettre l'éprouvette à un effort de torsion qui précède tout.effort de traction.The object of the invention is therefore to design a dynamic torsion test device making it possible to widen the test variants and in particular to subject the test piece to a torsional force which precedes all the tensile force.
Ce but est atteint par le dispositif tel que défini ci-dessus, qui est caractérisé par le fait qu'on prévoit entre ladite barre et l'éprouvette un organe de transmission privilégiée d'ondes transversales, cet organe comprenant - un noyau cylindrique fait d’un métal d’un module d'élasticité modéré, et muni de brides aux deux extrémités, - une pluralité de fibres qui entourent le noyau hélicoïdale- ment et parallèlement les unes aux autres, qui sont fixées aux deux brides de façon tendue et qui présentent un module i d'élasticité notablement plus élevé que le noyau.This object is achieved by the device as defined above, which is characterized by the fact that there is provided between said bar and the test piece a preferred transmission member for transverse waves, this member comprising - a cylindrical core made of '' a metal with a modulus of elasticity, and provided with flanges at both ends, - a plurality of fibers which surround the core helically and parallel to each other, which are fixed to the two flanges in a taut manner and have a modulus i of elasticity significantly higher than the core.
..En ce qui concerne une mise en oeuvre préférée du dispositif, et en particulier de son organe de transmission privilégiée des ondes transversales, référence est faite aux sous-reven--- dications...With regard to a preferred implementation of the device, and in particular of its preferred member for transmitting transverse waves, reference is made to the sub-returns --- indications.
L'invention sera décrite ci-après plus en détail à l'aide d'un exemple de mise en oeuvre préférée et des dessins annexés.The invention will be described below in more detail with the aid of a preferred embodiment and the accompanying drawings.
La figure 1 montre schématiquement un dispositif de test selon l'invention.Figure 1 schematically shows a test device according to the invention.
Figure 2 représente en vue partiellement coupée un organe utilisé dans le dispositif selon la figure 1.2 shows in partially cut view an organ used in the device according to FIG. 1.
Figure 3 représente une éprouvette utilisable dans le dispositif selon la figure 1.FIG. 3 represents a test tube usable in the device according to FIG. 1.
Le dispositif représenté sur la figure 1 sert à soumettre une éprouvette 1 à des tests statiques et dynamiques de traction et de torsion, la séquence des différentes contraintes pouvant être arrêtée au choix par l'opérateur.The device shown in FIG. 1 is used to subject a test piece 1 to static and dynamic tensile and torsional tests, the sequence of the various stresses being able to be chosen by the operator.
L'éprouvette servant au test est constituée, comme on le voit plus clairement de la figure 3, d'un cylindre 2 d'un diamètre extérieur D qui est axialement suivi d'un tube 3 dont le diamètre intérieur D' est plus grand que D. Le tube 3 et le cylindre 2 viennent d'une seule pièce, et la zone de transition 4 entre le cylindre et le tube constituent la vraie zone de test. Des efforts de traction et de torsion pour le test dynamique sont engendrés par un générateur 5, qui est relié à l'éprouvette 1 par une barre de stockage d'énergie 7 et un organe 9 de transmission privilégiée d'effort de torsion. A proximité de son extrémité droite sur la figure 1, la . barre 7 traverse un dispositif de blocage 8 qui est conçu pour bloquer la barre et pour la libérér sur commande par un opérateur. Ce dispositif peut être du type décrit ett représenté dans le document Institute of Physics Conférence Sériés cité ci-dessus.The specimen used for the test consists, as can be seen more clearly in FIG. 3, of a cylinder 2 with an outside diameter D which is axially followed by a tube 3 whose inside diameter D 'is larger than D. The tube 3 and the cylinder 2 come in one piece, and the transition zone 4 between the cylinder and the tube constitutes the real test zone. Tensile and torsional forces for the dynamic test are generated by a generator 5, which is connected to the test piece 1 by an energy storage bar 7 and a member 9 for privileged transmission of torsional force. Near its right end in Figure 1, la. bar 7 passes through a blocking device 8 which is designed to block the bar and to release it on command by an operator. This device can be of the type described and represented in the document Institute of Physics Conférence Sériés cited above.
Le cylindre 2 de 1'éprouvette·est fixé à une autrebarre 7' qui aboutit enfin à un autre générateur d'effort de traction -et/ou de torsion 6 servant à imprimer à l'éprouvette des efforts statiques. Tous les éléments mentionnés sont alignés selon un axe commun 10,The cylinder 2 of the test piece is fixed to another bar 7 'which finally leads to another generator of tensile force - and / or torsion 6 used to impart static forces to the test piece. All the elements mentioned are aligned along a common axis 10,
Enfin, on a indiqué schématiquement, sur la figure 1 deux jauges de contrainte biaxiales 14‘et 15 qui sont appliquées aux deux barres 7 et 7' à distance de l'éprouvette 1.Finally, diagrammatically indicated in FIG. 1 are two biaxial strain gauges 14‘ and 15 which are applied to the two bars 7 and 7 'at a distance from the test piece 1.
Les différents éléments du dispositif sont alignés selon un axe commun 10 et sont réunis par vissage, soudure ou boulonnage.The different elements of the device are aligned along a common axis 10 and are joined by screwing, welding or bolting.
Un élément essentiel du dispositif selon l'invention est l’organe 9 de transmission privilégiée des ondes transversales qui est représenté en détail sur la figure 2. Il est composé d'un noyau 11 cylindrique et tubulaire, fait d'un métal de module d'élasticité modéré et muni de deux brides 13 et 16 aux deux extrémités, et d'une pluralités de fibres 12, qui entourent ce noyau hélicoidalement et parallèlement les unes aux autres et qui sont fixées aux deux brides 13 et 16. Ces fibres sont faites d'un métal d'un module d'élasticité notablement plus élevé que le noyau. Si, par exemple, le noyau est fait d'alu minium, les fibres sont à base de molybdène, osmium ou rhénium..An essential element of the device according to the invention is the preferred member 9 for transmitting transverse waves which is shown in detail in FIG. 2. It is composed of a cylindrical and tubular core 11 made of a metal of module d moderate elasticity and provided with two flanges 13 and 16 at both ends, and with a plurality of fibers 12, which surround this core helically and parallel to each other and which are fixed to the two flanges 13 and 16. These fibers are made of a metal with a modulus of elasticity significantly higher than the core. If, for example, the core is made of aluminum minimum, the fibers are based on molybdenum, osmium or rhenium.
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L'une des brides, 13, fait partie intégrale du noyau 11, alors -que l'autre bride, 16, constitue un écrou qui est vissé sur un filetage 17 du noyau 11. Cette bride 16 est fixée soit par un contre-écrou (non représenté) soit par un soudage. Le filetage * ' 17 peut servir aussi à l’accouplement avec l'éprouvette 1 lorsque cette dernière comporte un filetage intérieur correspondant.One of the flanges, 13, is an integral part of the core 11, while the other flange, 16, constitutes a nut which is screwed onto a thread 17 of the core 11. This flange 16 is fixed either by a lock nut (not shown) or by welding. The thread * '17 can also be used for coupling with the test piece 1 when the latter has a corresponding internal thread.
La vitesse de propagation d'une onde mécanique est propor-... tionnelle à la racine du module d'élasticité du matériau. Grâce au module d'élasticité très élevé des fibres 12 par rapport au noyau 11, une onde transversale provenant d'une précontrainte de torsion de la barre 7 est' libérée par le dispositif de blocage 8 et elle est aussitôt transmise par les fibres 12 à la bride 16 et ainsi à l'éprouvette 1. Même si la libération du dispositif de blocage 8 a engendré, en sus, une onde longitudinale vers l’éprouvette 1, l'onde transversale arrive à "doubler" l'onde longitudinale dans l'organe 9. En choisissant convenablement la longueur de l'organe 9 et le pas d'hélice des fibres 12, on peut soumettre l'éprouvette à une historique quelconque de contraintes, et en particulier on peut soumettre la zone 4 de l'éprouvette dans un test dynamique soit à des contraintes simultanées de traction et de torsion, soit à des contraintes consécutives traction-torsion, soit à une contrainte consécutive torsion-traction. L'invention offre donc au rechercheur toute liberté d’établir une historique d'effort.The propagation speed of a mechanical wave is proportional to the root of the elastic modulus of the material. Thanks to the very high modulus of elasticity of the fibers 12 relative to the core 11, a transverse wave coming from a torsional prestressing of the bar 7 is' released by the blocking device 8 and it is immediately transmitted by the fibers 12 to the flange 16 and thus to the test piece 1. Even if the release of the locking device 8 has generated, in addition, a longitudinal wave towards the test piece 1, the transverse wave succeeds in "doubling" the longitudinal wave in the member 9. By suitably choosing the length of member 9 and the pitch of the fibers 12, it is possible to subject the test piece to any history of stresses, and in particular it is possible to subject zone 4 of the test piece in a dynamic test either to simultaneous tensile and torsional stresses, or to consecutive tensile-torsional stresses, or to a consecutive torsional-tensile stress. The invention therefore offers the researcher complete freedom to establish a history of effort.
L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit ci-dssus. On peut, sans sortir du cadre de l'invention, choisir un organe 9 à noyau plein ou tubulaire, et on peut prévoir plusieurs dispositifs de blocage tels que 8 le long de la barre 7, permettant ainsi d’imprimer des précontraintes différentes d'une section à l'autre et de décharger les différentes précontraintes successivement sur l'éprouvette.The invention is not limited to the embodiment described above. We can, without departing from the scope of the invention, choose a member 9 with a solid or tubular core, and we can provide several locking devices such as 8 along the bar 7, thus making it possible to print different prestresses of one section to another and to unload the different prestresses successively on the test piece.
En outre, on peut choisir pour le noyau d'une part et pour les fibres d'autre part des matériaux dont les modules d'élasticité sont encore plus éloignés les uns des autres que l'acier et l'aluminium le sont du molybdène, de l'osmium et du rhénium.In addition, one can choose for the core on the one hand and for the fibers on the other hand materials whose elastic moduli are even more distant from each other than steel and aluminum are molybdenum, osmium and rhenium.
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