Brevet FR2194965A1 — publié le 19740301

L'invention concerne une machine d'essais de traction biaxiale permettant de soumettre une éprouvette, en particulier, éprouvette mince cruciforme, à un champ biaxial de contraintes de traction. L'étude de la répartition des contraintes et des déformations au sein d'échantillons ou d'éprouvettes soumis à des sollicitations pluriaxiales et, en particulier, à des contraintes de traction biaxiales, revêt de nos jours une importance de plus en plus grande car les sollicitations réellement appliquées aux structures résistantes sont essentiellement pluriaxiales ; Jusqu'à présent, le comportement des matériaux de construction a surtout été étudié sous chargement monoaxial faute de machines appropriées pour solliciter convenablement les éprouvettes en les soumettant à des champs pluriaxiaux de contraintes parfaitement connues et mesurables. Les machines d'essais de traction biaxiale existantes sont extrêmement rares et, de par leur principe, ne permettent pas de soumettre l'éprouvette à un champ biaxial de contraintes de traction parfaitement connues : ces machines introduisent des con, traites parasites telles qu'efforts de flexion ou contraintess tangentielles provenant d'excentrements inévitables des charges et d'irrégularités de répartition des efforts de traction. La présente invention a trait à une machine de traction biaxiale apte à soumettre une large zone située au centre d'une éprouvette mince à un état de contrainte caractérisé par le tenseur T exprimé dans le repère formé par les deux directions perpendicu, laires de traction :T= t6i O I avec 62 rdelleb du segment [ 0,1 ]. pouvant prendre toutes les valeurs Pour ce faire, un premier objet de l'invention est de fournir une machine dont les axes de chargement se coupent en un point d'intersection constamment confondu avec le centre de lléprou- vette ; cette disposition permet d'éviter un excentrement de la charge dont la double conséquence est d'introduire, d'une part, des couples de flexion dans le plan de l'éprouvette, autre part, des contraintes de cisaillement. Un autre objet de l'invention est de permettre d'appliquer à 1 'éprouvette des tractions suivant deux axes de chargement rigoureusement perpendiculaires entre eux. Un autre objet de l'invention est de répartir régulière- ment les efforts de traction zur les bords de l'éprouvette où ils sont appliqués, en vue d'éliminer la création de contraintes tan, enfielles p@rasites au serin de la matière. A cet effet, une machine d'essais de traction biaxiale comprend deux ensembles de traction appelés, chacun, à appliquer une charge de traction monoaxiale sur l'éprouvette suivant une direction -dite direction de charge de l'ensemble- perpendiculaire à 1 Une telle machine est apte (aux forces de frottement sur les moyens de guidage près) à engendrer dans une zone centrale de l'éprouvette, un champ biaxial de contraintes de traction du type de celui précédemment défini ; pour permettre de comprendre cette propriété on a symbolisé une telle machine à la figure 1 ; on aper- çoit en 1 sur cette figure, l'éprouvette (de préférence cruciforme), en 2 et 3, les unités d'un ensemble de la machine et en 4 et 5 les unités de l'autre ensemble. On a symbolisé en 6 les moyens de guidage de l'unité 2, en 7 l'élément coulissant auquel est lié ltorga- ne fixe 8 d'un vérin dont ltorgane mobile 9 est lié à un mors 10 accroché sur l'éprouvette.Pour l'autre unité de cet ensemble, le mors Il est lié directement à 1 'élément coulissant 12. Cette machine permet de soumettre la zone 13 de l'éprouvette (délimitée par des pointillés) au champ biaxial de contraintes de traction précédemment défini. Le schéma de la figure 1 permet de comprendre ce fait : en effet, paisque d'une part, chaque unité d1un ensemble de traction peut se déplacer librement perpendiculairement à la direction de charge de cet ensemble et que, d'autre part, les deux ensembles de traction sont indépendants et mobiles l'un par rapport à 1 'autre le long d'axes perpendiculaires, les unités ont tendance par l'effet des forces d'action et de réaction sur ltéprouvette (aux frottements sur les moyens de guidage près) à se positionner les unes par rapport aux autres, de sorte que les efforts de flexion et les efforts de cisaillement s'annulent : par exemple, si un effort de flexion existait en raison d'un décalage perpendiculaire à l'axe de chargement g I' entre les unités 2 et 3, il se produirait un déplacement sur les moyens de guidage, perpendiculaire à X X', sous l'effet de cet effort jusqu'à ce que ce dernier s'annule aux forces de frottement près. Selon un mode de réalisation préférentiel, les moyens de guidage en translation des quatre unités sont solidarisés à un chassies rigide pourvu de quatre côtés, disposés en rectangle ou carré et qui portent, chacun, les moyens de guidage d'une unité. Par exemple, pour faciliter les mesures de photoélasticimétrie dans l'ééprouvette, ce chtasis pourra entre disposé verticalement de façon que deux de ses côtés soient verticaux et les deux autres horizontaux les unités associées aux côtés verticaux sont, dans ce cas, chacune pourrues de moyens d'équilibrage, ajustables, supprimant l'influence de leur poids. L'éprouvette mince est, alors, disposée dans un plan vertical et peut autre facilement étudiée par des photoélasticimètres disposés de part et d'autre, en regard de ce plan. D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention se dégageront de la description qui suit en regard des dessins annexés, lesquels, description et dessins, ne sont donnés qu'à titre d'exemple non limitatif ; sur ces dessins - la figure 1 a déjà été commentée - la figure 2 est une vue de face, avec demi-coupe par le plan vertical axial C D, d'une machine conforme à l'invention - la figure 3 est une vue de profil de cette machine avec demi-coupe selon un plan représenté par la ligne brisée A B à la figure 1 - la figure 4 est une vue de dessus des moyens d'équilibrage équipant deux des unités de la machine. La machine d'essais biaxiale, représentée à titre d'exefr ple aux figures 2, 3 et 4, est composée d'un chassies carré 14 comprenant deux membrures verticales 15 et 16 et deux membrures horizontales 17 et 18 ; la membrure horizontale 17 située à la base de ce châssis est assujettie par vis et écrous à un socle 19 appelé à reposer sur un support par des pieds de hauteur réglable permettant d'ajuster l'horizontalité dudit socle. Cette machine comprend deux ensembles de traction, l'un appelé à exercer une charge de traction de direction verticale et associé aux membrures horizontales 17 et 18 du châssis, l'autre appelé à exercer une traction horizontale et associé aux membrures verticales 15 et 16 du chassie ; ces ensembles sont identiques à ceci près que le deuxième (associé aux membrures verticales) est pourvu de moyens d'équilibrage pour éliminer l'effet de son poids. Chaque ensemble est constitué par deux unités, telles que 20 et 21, l'une 20 fixe le long de la direction de charge, l'autre 21 mobile sur cette Direction par l'effet d'un vérin à vis 22 susceptible d'être actionné par un volant de manoeuvre 23. l'unité 20 se compose d'un mors 24 articulé sur une patte 25 solidaire d'une platine coulissante 26 susceptible de se déplacer avec des frottements réduits selon l'axe de la membrure 17 qui forme rail de guidage pour celle-ci grâce à la présence, de part et d'autre de cette platine, d'un train de roulement à galets 27 ; ces galets 27 sont susceptibles de rouler dans des glissières 28 et 29 à chemin de roulement latéral, fixées respectivement l'une à la platine 26, l'autre à la membrure 17. Les galets 27 sont de façon clas- si que emprisonnés dans une cage et inclinés à 450 alternativement dans un sens et dans l'autre, de façon à permettre un guidage précis de la platine coulissante 26 par rapport aux glissières 29 fixées par goujons à la membrure 17. Notons que les glissières 29 sont figées au moyen des gou jons avec un faible jeu latéral permettant un positionnement latéral de l'ensemble, platine coulissante 26 et chemin ae roulement, par l'action de vis-butée 30 et 31 qui immobilisert cet ensemble dans une position latérale désirée.Les s quatre unités de la machine sont équipées de telle vis : celles-ci donnent la faculté, d'une part, de parfaire éventuellement le parallélisme des @xes de glissement des deux unités de chante ensemble par un réglage de la position angulaire des glissières p@@ rapport au plan de l'éprouvette, d'autre part, de positionner dans un même plan les axes des charges exercées sur l'éprouvette par les quatre mors, grâce à des déplace ments latéraux des ensembles, platine coulissante et chemin de roulement. Par ailleurs, les goujons par lesquels sont fixées les glissières permettent de parfaire le parallélisme des axes de déplacement des platines des unités d'un même ensemble, par un réglage des positions angulaires de ces glissières par rapport à la mem, brure correspondante du chassis. L'autre unité 21 de l'ensemble comprend des moyens identiques permettant à une platine 32 de se déplacer le long de la membrure 18, perpendiculairement à la direction de charges de lien, semble. A cette platine 32 sont solidarisées quatre colonnettes telles que 33 en bout desquelles est assujetti un corps fixe de vérin 34 ; à l'intérieur de ce corps de vérin peut se déplacer l'or; gane mobile 35 de celui-ci, guidé par le corps 34 par l'intermédiaire d'une douille à chemin de roulement 36. L'organe mobile 35 du vérin peut être déplacé grAce au volant de manoeuvre 23 dont le moyeu 37 est en prise avec une vis de vérin 38. La force exercée par le déplacement de l'organe mobile 35 est transmise au mors 39 de l'unité par l'intermédiaire d'un capteur de force (schématisé en 40) apte à opérer une mesure de l'ef- fort exercé. Ce capteur de force est relié de part et d'autre, par l'intermédiaire de rotules 41 et 42, d'une part, à ltorgane mobile 35 de vérin, d'autre part, à une pièce coulissante 43 traversant la platine 32 et guidée dans celle-ci par l'intermédiaire d'une douille 44 à chemin de roulement. De la même façon que pour le mors 24 articulé sur la patte 25, le mors 39 est articulé sur une patte solidaire de la pièce coulissante 43. Chaque mors est accroché sur l'éprouvette par des clavettes telles que 45 portées par des chapes de forme triangulaire telles que 46, et introduites dans des trous de l'éprouvette régulière- ment répartis sur celle-ci le long d'un axe sensiblement perpendiculaire à la direction de charges de l'ensemble considéré. Les chapes 46 sont, elles-mames, articulées sur des pièces triangulaires 47 qui à leur tour sont articulées sur une pièce 48, elle-même articulée siir la patte sus-évoquée. Il est bien entendu qu'il est possible de prévoir des étages supplémentaires de pièces triangulaires articulées, notamment, dans le cas od la charge est à exercer sur un bord d'éprouvette de longueur importante. Il est à noter que les pièces triangulaires 47 sont arti- culées sur la pièce 48 par des boutonnières, telles que 49, traversées par les clavettes : ces dernières possèdent ainsi un certain jeu latéral, de direction perpendiculaire à la direction de chars ges, qui confère aux pièces 47 et aux chapes articulées sur cellesci, la liberté de se déplacer légèrement latéralement.De la mame façon, un des trous de chaque chape 46 présente une forme de boutonnière, en vue de permettre un petit déplacement latéral de la clavette qui le traverse ; grace à ces dispositions les mors exercent une charge répartie régulièrement sur les bords de l'éprouvet- te, sans que soient introduites des contraintes tangentielles. Les unités de traction de l'autre ensemble sont identiques à celles décrites plus haut si ce n'est que chacune d'elles est pourvue d'un système d'équilibrage que l'on peut apercevoir aux figures 2 et 4. Ce système est composé d'une biellette 50 de longueur réglable, articulée à une extrémité sur la platine de l'unité corres- pondante et à l'autre sur un fléau 51 susceptible de pivoter autour d'un axe 52 ; ce fléau porte une masselotte contrepoids 53 dont la position sur ce bras peut être réglée : l'ajustement de la distance de cette masselotte à l'axe 52 permet d'équilibrer de façon très précise le poids de 1 'unité de traction considérée, en tenant compte,. éventuellement, du poids de la moitié de l'éprouvette ; on évite ainsi l'apparition de couples de flexion dus au poids propre de ces éléments. Des essais menés en photoélasticimétrie plane par transmission ont permis de vérifier que la machine de traction biaxiale conforme à l'invention exerce sur une éprouvette un champ de contraintes tel que défini précédemment, exempt de perturbation dans une zone centrale suffisamment étendue pour permettre des expérimentations significatives. L'invention ayant maintenant été décrite et son intérat justifié, la demanderesse 'en réserve l'exclusivité pendant toute la durée du brevet sans limitation autre que celle des termes des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1 - Machine d'essais de traction biaxiale permettant de soumettre une éprouvette à un champ biaxial de contraintes de traction, cette machine comprenant deux ensembles de traction appelés, chacun, à appliquer une charge de traction monoaxiale sur l'éprouvette suivant une direction -dite direction de charge de l'ensemble-, perpendiculaire à la direction de la charge appliquée par l'autre ensemble et coplanaire à celle-ci, ladite machine d'essais étant caractérisée en ce que chaque ensemble de traction est constitué par deux unités, disposées en regard l'une de l'autre, de part et d'autre de 1'éprouvette, et maintenues par des moyens fixes de guidage en translation rendant ces unités mobiles -indépendamment l'une de l'autre et indépendamment des deux unités de l'autre ensemble- le long de deux axes parallèles, de direction commune perpendiculaire à la direction de charge de l'ensemble considéré et, donc, de direction commune parallèle à la direction de charge de l'autre ensemble, une unité d'un ensemble donné comprenant un mors de traction, appelé à s'accrocher sur l'éprouvette et assujetti à un élément porteur coulissant maintenu et guidé par les moyens de guidage de ladite unité, cependant que l'autre unité de cet ensemble comprend un mors de traction appelé à s'accrocher à l'opposé du premier sur l'éprouvette, ce mors étant lié à l'organe mobile d'un vérin dont l'organe fixe est assujetti à un élément porteur coulissant, maintenu et guidé par les moyens de guidage de cette autre unité, ledit vérin étant positionné de sorte que son action s'exerce suivant la direction de charge de l'ensemble considéré. 2 - tchine d'essais selon la revendication 1 caractérisée en ce que les moyens de guidage en translation des quatre unités (qui, deux à deux, constituent les deux ensembles de la machine) sont 80lidarisés à un chåssis rigide pourvu de quatre côtés disposés en rectangle ou carré, qui portent, chacun, les moyens de guidage d'une unité. 3 - fiIachine d'essais selon la revendication 2 caractérisée en ce que le châssis est disposé de façon que deux de ses cbtés soient horizontaux et les deux autres verticaux, les unités associées aux cotés verticaux étant, chacune, pourvues de moyens d'éauilibraè ajustables en vue de la suppression de l'influence de leur poids. 4 - Nachine d'essais selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que les moyens de guidage en translation sont pourvus de moyens de réglage de parallélisme, permettant de faire subir à ces moyens de faibles pivotements par rapport au châssis en vue de @@rf@ire le parallélisme des axes de translation, deux à deux. 5 - @achine d'essais selon l'une des revendications 2, 3 ou 4, caractérisée en ce que les moyens de guidage en translation sont solidarisés au châssis avec un faible jeu latéral grâce auquel des vis de réglage sont susceptibles de permettre, par butée, le positionnement latéral de ces moyens en vue de faire coincicer les plans de charge des unités. 5 - i chine d'essais selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisée en ce qu'un capteur de force est intercalé, dans chaque ensemble, entre l'organe mobile du vérin et le mors correspondant, ce capteur ce force étant appelé à transmettre au mors les forces exercées par le vérin et à opérer une mesure de ces forces. 7 - Machine d'essais selon la revendication 6, caractérisée e ce que chaque capteur de force est relié à l'organe mobile du vérin et au mors, par l'intermédiaire de rotules. 8 - Crachine d'essais selon la revendication 7, caractérisée en ce tue, dans chaque ensemble, le mors lié par rotule au capteur de force est guidé parallèlement à la direction de charge, par l'élément porteur coulissant correspondant et ce, par l'intermédiaire d'une douille à chemin de roulement. 9 - Tachine d'essais selon l'une des revendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caractérisée en ce que chaque mors est accroché sur l'é- éprouvette par fies clavettes, portées par des chapes et introduites dans des trous de l'éprouvette, régulièrement répartis sur celleci le long d'un axe sensiblement perpendiculaire à la direction de charge de l'ensemble considéré. 10- Machine d'essais selon la revendication 9, caractérisée en ce que les chapes précitées sont articulées sur des pièces, elles-mê- mes articulées sur d'autres pièces et ainsi de suite sur un nombre d'étages déterminé, le dernier étage étant articulé, soit sur l'or r?C mobile de vérin pour les deux mors correspondants, soit directement sur l'élément porteur coulissant pour les deux autres mors. 11- Machine d'essais selon la revendication 10, caractérisée en ce que des clavettes sont articulées sur les pièces correspondantes grâce à des boutonnières qu'elle@ traversent et qui leur confèrent un faible jeu latéral, perpendiculaire à la direction de charge de l'ensemble considéré.