Brevet FR2298790A1 — publié le 19760820

Les machines actuelles d'essai de fatigue par torsion alternée fonctionnent à couple imposé ou à déformation imposÉe. Elles utile sent des moyens d'excitation basés sur le principe de la déformation cyclique d'un ressort par un système bielle manivelle ou sur le principe de la résonance mécanique d'un système lastique. Le système bielle manivelle-ne permet pas d'obtenir une sollicitation sinusoldale et demande un réglage fastidieux et compliqué pour obtenir une sollicitation alternée symétrique. Le principe de la rUsonance mécanique ne permet pas de choisir la frquence de sollicitation et conduit à des machines coûteuses. Ces diverses machines sont destinées, grâce à des essais nombreux sur éprouvettes à caractriser le comportement des mariaux à la fatigue. La prÉsente invention due à la collaboration de Messieurs Jean-Claude BOISSON et Roland HARRY, Assistants à l'Univers té de BORDEAUX I, a pour objet une machine d'essai en fatigue par torsion alternée. Cette machine utilise le phénomène de déséquilibre dynamique comme générateur de sollicitations alternéesde torsion sur des prouvettes. Le système élastique constitué par l'éprouvette et le généra teur est excité à une fréquence différente de sa fréquence propre, ce qui exclue les inconvénients des systèmes mécaniques résonants. La sollicitation imposée est parfaitement sinusoidale et donc par définition alternée symétrique, ce qui élimine les réglages inhérents au système bielle manivelle. La description du principe utilisé s'appuie sur la figure 1. Un ensemble de deux disques solidaires d'un même axe est équilibré. On ajoute une masselotte sur chaque disque de manière à conserver l'=quilibre statique de l'ensemble. On crée ainsi, lorsque les disques tournent à vitesse constante autour de leur axe, un moment dynamique perpendiculaire à cet axe, et lié au solide en rotation. Ce moment dynamique est utilisé comme moyen d'excitation. Dans le plan (O X1yO) on peut décomposer le moment suivant ses composantes sur deux axes rectangulaires Ox1 et Oye. on obtient sur ces deux axes une composante variant de façon sinusoidale. Par un guidage approprié ne permettant qu'un degré de liberté en rotation du système autour de OYE, la composante suivant Ox1 est équilibrée par les réactions du guidage, alors que celle suivant GyO reste disponible pour une sollicitaìon alternée de torsion et on a sur Oyg My0 = Co sinw t avec Co = 2 m a r # m :: maze d'une masselotte r : distance d'une masselotte à l'axe du disque a : distanc-e d'un disque à l'axe de la sollicitation # : vitesse angulaire constante des disques. Les équations complètes du système font apparaître un ccrtain nombre de termes que l'on peut négliger, soit parce que l'expérien ce montre qu'ils sont sans influence, soit parce que leur introduc- tion ne change rien de manière fondamentale au comportement du système. Dans ces conditions, l'équation simplifiée de ce mécanisme s'écrit : I + k ss = Co sin # t K : raideur de l'éprouvette utilisée I : inertie de l'équipage mobile par rapport à l'axe de sollicitation OyO La sollicitation au régime permanent est donc sinusoidale ss= ss0 sin # t avec ss0 = 2 m a r I - K Les machines étant construites de façon telle que I soit très grand devant a compte tenu d'un domaine de variationde K assez étendu mais défini ; on peut affirmer (cela a été vérifié) que l'amplitude t0 est indépendante de toute variation, dans un domaine déterminé assez vaste, de # et de K. Donc, ss0 n'est fonction que des masselottes utilises et du dimensionnement géométrique de la machine. ss0 = A m A sera déterminé par un étalonnage dynamique du système. Par ce dispositif simple, nous imposons à l'éprouvette, placée entre un mors fixe et un mors mobile lié à la tête d'excitation, une déformation sinusoldale, alternée d'amplitude constante, au cours d'un essai et proportionnelle à la masse m des masselèttes utilisées. Ce système ne demande pas de rfgularité de vitesse du moteur entraînant les disoues, et permet d'imposer à priori, le NIVEAU DE LA SOLLICITATION PAR le choix des masselottes appropriées. C'est un avantage vis à vis des machines actuelles. De plus, la simplicité du système et ia faible puissance (1CD w) du moteur utilisé Fermettent un prix de revient plus faible que pour les machines actuelles de performances équivalentes. Le moyen atexcitation se caractérise en ce qutil comprend essentiellement - un moteur asynchrone, - deux disques balouidCs fixés aux extrémités du rotor du moteur, - un arbre de liaison perpendiculaire à l'axe des disques, guidé suivant l'axe OyO par rapport au bâti fixe, supportant le moteur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'une rÉalisation de celle-ci. La description se réfère à la figure 2 - Une tête d'excitation constituée par un bloc moteur 1 entraînant en rotation les disques 2 balourde par les masselottes 3 - Un axe de liaison 4 guidé en rotation suivant yOy'O par le palier 7 transmet la sollicietion alternée à l'éprouvette 9 encastrée à son extrémité libre dans le mors fixe 8. - Un bras de mesure 5 permet le comptage du nombre de cycles, à l'aide de la cellule photo électrique 6 reliée à un compteur. Une deuxième cellule, non représentée sur la figure permet à l'aide du même bras de provoquer l'arrêt de la machine lors de la rupture de ltéprouvette. - Les sollicitations parasites sont éliminées par la condition d'alignement des points A, B et C. Cette condition est réalisé par le montage du palier 7 et du mors 8 constitués par deux cylindres extérieurement identiques sur la glissière en Vé 10 solidaire du bâti 11. La fixation de 8 sur 10 permet la translation du 8 suivant ltaxe yOy'O, ce qui autorise l'emploi deprouvettes de longueurs variées - Le mbntage de l'axe-de liaison 4 dans le palier 7 est tel que la dilatation linéaire de l'éprouvette est permise, ceci afin d'éliminer les contraintes dues à cette dilatation. REVENDICATIONS 1. Machine de fatigue par torsion alternée caractérisée en ce que le moyen d'excitation ne fonctionne pas à la résonance mécanique et comprend essentiellement un moteur asynchrone de faible puissance deux disques balourds fixés aux extrémités du rotor du moteur un axe de liaison, perpendiculaire à l'axe des disques, sur lequel est fixé le moteur et guidé, suivant l'axe de sollicita" tion OyO par rapport à un bâti fixe. 2. Machine de fatigue par torsion alternée selon la revendicaZ tion 1, caractérisée en ce qu'elle permet l'essai d'éprouvettes de longueur très variée. 3. Machine de fatigue par torsion alternée selon les revendi- cations 1 et 2, caractérisée par un espace disponible important, au voisinage de l'éprouvette, permettant la mise en place de dispos sitifs destinés à créer un environnement particulier en cours d'essai (environnement thermique, corrosif....) 4. Machine de fatigue par torsion alternée selon l'une quel conque des revendications 1 à 3, caractérisée par la possibilité d'insérer dans le mors fixe un capteur de couples. 5. Application de la machine de torsion alternée selon l'une quelconque des revendications de 1 à 4 à la réalisation de - sollicitation de torsion ondulée par adjonction d'un dispositif permettant de juxtaposer une sollicitation constante - sollicitation de flexion plane alternée, ou ondulée par une adaptation particulière pour la fixation de l'éprouvette.