Brevet FR2331775A1 — publié le 19770610

L'invention concerne un nouveau type d'extensomètre, utilisable notamment pour la mesure de déformations de pièces mécaniques soumises à des efforts relativement importants, telles que des structures d'avions, en vol ou soumises à des essais au sol. On connait des extensomètres constitués par une lame déformable plane et de forme rectangulaire, reliant deux embases fixées rigidement sur la pièce à étudier, et portant une ou plusieurs jauges de contrainte collées sur la lame sensiblement en sa partie centrale. Les déformations de la pièce étudiée se traduisent par une variation de l'écartement des embases de l'extensomètre, donc par une déformation longitudinale de la lame déformable et par conséquent par une variation de résistance des jauges de contrainte, proportionelle à l'allongement relatif de la lame. L'inconvénient de ce type d'extensomètre est qu'il ne présente pas une résistance mécanique suffisante en essais répétés (tenue en fatigue) si l'allongement relatif de la lame déformable est trop élevé. Pour assurer la résistance suffisante, ltépaisseur de la lame doit entre relativement élevée, ce qui diminue la sensibilité de la mesure et augmente la raideur de ltextensomètre, ce qui fait que ce dernier absorbe pour se déformer une énergie importante. Le travail de la pièce mécanique peut alors étre modifié par la présence de ltextensomètre, et ceci est contraire au principe d'une bonne mesure, laquelle ne doit pas perturber la grandeur mesurée.Enfin, l'énergie passant par les ancrages de l'extensomètre sur la pièce est élevée et ceux-ci doivent étre très élaborés pour supporter le passage de cette énergie. La fixation doit être faite par des vis, goujons etc., ce qui n'est pas toujours possible. On a proposé de réduire l'épaisseur de la partie centrale de la lame déformable pour diminuer la raideur de l'extensomètre et augmenter la déformation relative de la partie de lame qui porte les jauges, c'est-à-dire la partie centrale amincie, donc augmenter la sensibilité de l'extensomètre. Mais ce système présente une très mauvaise tenue mécanique à cause de la fragilité de cette partie centrale. Pour augmenter la durée de vie de l'extensomètre en lui assurant une bonne tenue mécanique, sans pour cela lui donner une raideur élevée qui perturberait la mesure et nécessiterait des ancrages élaborés, la présente invention propose un nouveau type d'extensomètre dans lequel une lame déformable relie deux bases d'appui, fixées à la pièce étudiée, par un trajet plus allongé que le simple segment de droite joignant ces deux appuis, c1est-à-dire par un trajet présentant des portions courbées ou coudées entre ces points d'appui. De cette façon, on s'assure d'une faible raideur globale entre les deux bases d'appui sans rendre fragile l'extensomètre, même si l'épaisseur de la lame est relativement faible. Par exemple la lame déformable a la forme d'un arc de cercle en sa partie centrale, ou est réalisée sous forme crénelée avec des ouvertures profondes. Une ou plusieurs jauges de contrainte résistives, ou de préférence des jauges piézorésistives, sont collées sur des portions de la lame déformable soumises à des déformations dans la direction d'alignement des deux bases d'appui de l'extensomètre, c'est-à-dire dans la direction où on veut mesurer les déformations de la pièce à contrôler, De telles portions sont des parties de la lame parallèles à cette direction. Pour que la partie centrale de la lame, sur laquelle on effectue la mesure par jauge résistive ou piézorésistive, soit élastiquement découplée vis à vis des bases d'appui, dans les directions qui ne sont pas la direction de mesure des déformations, et donc selon lesquelles on ne veut pas que la partie centrale de la lame subisse des déformations, la lame est amincie en un ou plusieurs endroits dans ces directions. Cet amincissement joue le r81e d'articulation élastique. On peut effectuer le découplage vis à vis des efforts de torsion de la lame en amincissant la lame en un même endroit selon deux direction différentes (amincissement en largeur et en épaisseur ou en largeur et en longueur). D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente un premier mode de réalisation de l'extensomètre selon l'invention - la figure 2 représente en vue de dessus et en élévation un deuxième mode de réalisation de l'extensomètre - la figure 3 représente en vue de dessus et en élévation un troisième mode de réalisation de l'extensomètre. A la figure 1 on a représenté un extensomètre 10 fixé sur une pièce mécanique 12 dont on veut mesurer les déformations. L'extensomètre 10 comprend deux bases d'appui 14 et 16 par les quellesl t extensomètre est fixé sur la pièce, par exemple par collage de la partie inférieure de ces bases d'appui sur la pièce 12 ou par vissage (des perçages 15 et 17 étant alors prévus pour le passage de ces vis dans les bases d'appui), ou par tout autre moyen. L'extensomètre comporte encore, reliant les bases d'appui 14 et 16, une structure déformable 18, qui peut se déformer sous l'effet d'un déplacement relatif des bases d'appui 14 et 16 consécutif à une déformation longitudinale de la pièce 12. L'adjectif "longitudinal" sera ici utilisé pour qualifier la direction de la ligne joignant les deux bases d'appui 14 et 16. La structure déformable 18 porte un organe de mesure de ses déformations dans la direction longitudinale, par exemple des jauges de contrainte collées sur la structure, ou de préférence des jauges piézorésistives 20 et 22, également collées sur la structure à des endroits tels que ces jauges fournissent un signal électrique représentatif de la déformation de la structure dans la direction longitudinale. Les connexions électriques de sortie des jauges piézorésistives 20 et 22 ne sontpas représentées sur la figure. Contrairement aux extensomètres classiques, dont la structure déformable 18 est en général une lame rectiligne reliant les bases d'appui 14 et 16, ici, la structure déformable selon l'invention présente une partie de lame courbée, ctest-à-dire s'écartant de la ligne droite joignant les deux bases d'appui 14 et 16. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, la structure déformable 18 comprend principalement une lame 24 ayant la forme d'un arc de cylindre dont les deux extrémités sont reliées aux bases d'appui par des tronçons 26 et 28. L'ensemble des bases d'appui 14 et 16, des tronçons 26 et 28 et de la lame 24 forme un ensemble d'une seule pièce. Grâce à la forme adoptée pour la structure déformable, l'extensomètre présente une raideur qui est très faible dans la direction longitudinale (flèche 30) et par conséquent les déformations de la pièce 12 dans ce sens n'entrainent pas une consommation d'énergie importante par ''extensometre lorsqu'il suit ces déformations, et le travail de la piece soumise à des contraintes n'est pas perturbé par la présence de l'extensomètre qui mesure ces contraintes. Par ailleurs l'extensomètre a une tres bonne tenue mécanique car la structure déformable constituée principalement par la lame recourbée 24 travaille principalement en flexion et non pas en extension ou en compression. Pour avoir une bonne sensibilité de mesure, compte tenu du fait que les jauges de mesure électrique 20 et 22 sont placées en un endroit de la structure déformable qui subit un déplacement relatif plus faible que le déplacement relatif des bases d'appui 14 et 16, on a tout intérêt à utiliser des jauges piézorésistives qui sont très sensibles et ne nécessitent pas de prévoir une épaisseur très faible de la lame 24, ce qui rendrait l'extensomètre fragile. Compte tenu de ce que l'extensomètre n'absorbe pas une grande énergie pour subir ses déformations, la fixation des bases d'appui 14 et 16 sur la pièce n'est pas nécessairement très solide comme cela doit être le cas pour des extensomètres à lame rectiligne. On peut prévoir un simple collage ou même à la rigueur une fixation magnétique (sur des pièces métalliques) si on incorpore aux bases d'appui 14 et 16 de petits aimants permanents A la figure 2 est représenté en vue de dessus et en élévation latérale un deuxième mode de réalisation de l'invention dans lequel on retrouvera certains éléments analogues à ceux de la figure 1, ces éléments étant désignés par les mêmes références, et notamment les bases d'appui 14 et 16 avec leurs perçages 15 et 17. La structure déformable est ici constituée par une lame en forme d'anneau cylindrique 32 qui est reliée aux bases d'appui par des tronçons 26 et 28 diamétralement opposés. Des jauges piézorésistives 20 et 20' sont disposées sur les côtés du cylindre 32,, à l'extérieur de celui-ci, à des endroits subissant une déformation longitudinale. Des jauges 22 et 22' sont disposées de manière analogue sur les parois intérieures de l'anneau 32 symétriquement par rapport à la ligne joignant les bases d'appui 14 et 16. Pour permettre à l'extensomètre d'être sensible uniquement aux déformations longitudinales de la pièce sur laquelle il est placé, il est prévu selon l'invention un découplage élastique entre les bases d'appui, collées sur la pièce et la partie centrale de la structure déformable, partie où s'effectue la mesure électrique des déformations. Ce dé couplage élastique est réalisé par amincissement des tronçons 26 et 28 reliant la lame déformable 32 aux bases d'appui. Sur la figure 2, on voit que l'amincissement est effectué à la fois dans deux directions, tout d'abord un amincissement dans une direction 34 "horizontale" perpendiculaire à l'alignement des bases d'appui et parallèle au plan de la pièce contrôlée (celle-ci étant supposée horizontale). Cet amincissement est effectué aussi bien pour le tronçon 26 que pour le tronçon 28, aux points indiqués par les flèches 34 sur la vue de dessus. Il permet d'éviter que les jauges piézorésistives 20 et20',; 22'ne soient sensibles à des déplacements relatifs des bases d'appui dans la direction de ces flèches 34 (sous l'action d'efforts de cisaillement par exemple). L'amincissement dans la direction 74 joue le r81e d'articulation élastique autour d'un axe perpendiculaire à cette direction. De la même façon, et comme cela est visible sur l'élévation latérale de la figure 2, un amincissement des tronçons 26 et 28 est également effectué dans une direction "verticale" 36, perpendiculaire à la ligne des bases d'appui et à la direction 34, pour découpler l'anneau cylindrique 32 vis à vis des efforts subis par les bases d'appui dans la direction 36 (par exemple sous l'effet d'efforts de flexion subis par la pièce contrôlée). A la figure 3 est représenté un troisième mode de réalisation de l'invention, en vue de dessus et en élévation latérale. Dans ce mode de réalisation, la structure déformable reliant les deux bases d'appui 14 et 16 est constituée par une lame coudée plusieurs fois et ayant approximativement la forme d'un M. Cette forme donne une très faible raideur à l'extensomètre dans la direction 30 joignant les bases d'appui. Des jauges piézorésistives 20 et 22 sont placées à la partie centrale de la lame (pointe du M), partie qui est normalement soumise à des efforts uniquement dans la direction longitudinale. Pour decoupler la partie centrale, où s'effectue la mesure, des bases d'appui, aussi bien pour les efforts "verticaux" (direction des flèches 36) que pour les efforts horizontaux autres que dans la direction longitudinale, on prévoit selon l'invention plusieurs amincissements de la lame : d'une part un amincissement dépaisseur de la lame aux extrémités de cerle-ci (c'est-à-dire sur les branches latérales du N, qui sont reliées aux bases d'appui) ; cet amincissement est effectué dans la direction 36 et permet un découplage vis à vis des déplacements verticaux. D'autre part, pour éliminer l'influence des déplacements horizontaux qui ne sont pas dans la direction longitudinale 30, un amincissement de la largeur (et non plus de l'épaisseur) des lames au niveau des coudes est effectué aux points indiqués par les références 38. Cet amincissement de largeur élimine l'influence des torsions dans le plan horizontal (pièce toujours supposée horizontale). A titre d'exemple, on peut facilement obtenir un extensomètre ayant une raideur d'environ 1 à 5. 105 Newton/mètre dans la direction longitudinale, ce qui montre bien que l'extensomètre ne modifie pratiquement pas par sa présence la structure sur lequel il est fixé, structure qui a le plus souvent une raideur d'environ 107 à 10 N/m pour des structures métalliques telles que des pièces d'avion. Avec une raideur d'extensomètre aussi faible, il est parfaitement possible de fixer les bases d'appui par collage, sans endommagement de la structure. Bien entendu les trois modes de réalisation décrits ne le sont qu'à titre d'exemples indicatifs, d'autres réalisations étant possibles sans que l'on sorte du cadre de l'invention telle que définie dans les revendications annexées. REVENDICATIONS 1. Extensomètre du type comprenant deux bases d'appui rigides destinées à être fixés sur un objet à contr8ler, et une lame déformable reliant ces deux bases d'appui, caractérisé par le fait que la lame déformable présente au moins une portion courbée ou coudée, de manière à augmenter la longueur de lame sujette à déformation par rapport à la longueur entre les bases d'appui. 2. Extensomètre selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la lame déformable est amincie selon au moins une direction perpendiculaire à la ligne joignant les deux bases d'appui, pour présenter un découplage élastique de la partie centrale de la lame vis à vis des contraSntes dans cette direction de façon qu'elles ntagissent pas sur la lame. 3. Extensomètre selon la revendication 2, caractérisé par le fait que la lame déformable est amincie en plusieurs points et selon plusieurs directions. 4. Extensomètre selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comporte une lame ayant sensiblement la forme d'un arc de cylindre relié aux portions d'appui par des tiges d'épalsseur affaiblie dans au moins une direction perpendiculaire à la ligne joignant les bases d'appui. 5. Extensomètre selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la lame a sensiblement la forme d'un cylindre fermé d'axe perpendiculaire à la ligne joignant les bases d'appui. 6. Extensomètre selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la lame déformable est plane et coudée plusieurs fois dans son plan. 7. Extensomètre selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la lame présente des portions de largeur affaiblie au niveau des coudes, pour réaliser un découplage élastique perpendiculairement au plan de la lame, de manière à éliminer l'influence des efforts de torsion dans le plan de la lame. 8. Extensomètre selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé par le fait qu'il comporte au moins une jauge de contrainte collée sur la lame déformable. 9. Extensomètre selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé par le fait qu'il comporte au moins une jauge piézorésistive collée sur la lame déformable. 10. Extensomètre selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé par le fait que la sauge est collée sur une portion de la lame déformable subissant des déformations dans la direction joignant les deux bases d'appui