Brevet FR2411402A1 — publié le 19790706

Les machines actuelles d essais de fatigue permettent d'appliquer à une éprouvette une- sollicitation simple, Traction, Torsion ou Flexion. Très peu d'entre elles permettent d'obtenir pour une meme éprouvette la combinaison de deux des sollicitations précitées.- La présente invention a pour objet une machine d'essai de fatigue des matériaux permettant d'exercer sur une éprouvette indépendamment ou simultanément des sollicitations de - Flexion plane ondulée, - Flexion rotative dissymétrique, - Traction ondulée, - Torsion ondulée Pour réaliser ces objectifs, la machine suivant l'invention comporte toutou partie des dispositions suivantes L'éprouvette est fixée à chacune de ses extrémités dans une monture qui lui est coaxiale, cette monture faisant partie d'un support, monté sur une rotule capable de supporter des efforts axiaux et radiaux. L'ensemble constitué par ltéprouvette et les deux montures coaxiales dans lesquelles elle est fixée forme une poutre, soumise aux divers efforts de flexion, traction torsion et qui porte, en des points appropriés les capteurs servant aux mesures du -moment flechissant, du moment de torsion et de la traction. En vue de produire les moments de flexion, chacun des supports précités comporte des portées d'appui servant de points d'application à une pièce ci-après dénommée "ltétrier" soumise aux sollicitations de deux vérins - au moins - décalés angulairement et situés dans un plan perpendiculaire à l'axe de l'éprouvette.- En vue de produire les moments de torsion, l'un des supports est monté dans une pièce, ci-après dénommée "le manchon", de manière à être entraîné par celui-ci en rotation, ledit manchon étant monté tournant dans le bâti de la machine, mais sans possibilité de déplacement de translation axiale, et étant combiné avec un moyen susceptible de lui imprimer une rotation; l-'autre support étant monté dans le bâti par des moyens ne permettant pas sa rotation autour de l'axe de l'ép-rouvette.- En vue de produire les tractions, le support monté non tournant par rapport au bâti est soumis à traction d'un vérin agissant suivant son axe.- -A titre d'exemple et pour faciliter la compréhension de l'invention, on a représenté au dessin annexé Figure 1, une vue schématique en coupe longitudinale axiale d'un exemple de réalisation d'une machine suivant l'invention; Figure 2, une vue très schématique en coupe suivant la ligne II-II de la figure 1; Figure 3, une vue très schématique en coupe suivant la ligne III-III de la figure 1;; Figure 4, un schema explicatif relatif à la réalisation des flexions. En se reportant aux figures 1 à 3, on voit que, dans cet exemple la machine comporte un bâti fixe 9 dans lequel sont disposées coaxialement à l'axe x-x ltéprouvette 1 et les diverses pièces (qui vont être décrites ci-après) par lesquelles elle est supportée et qui servent à lui faire subir les sollicitations voulues pour les essais de flexion de torsion et de traction. L'éprouvette 1 est encastrée à ses deux extrémités dans des montures coaxiales 15, 16 de forme tubulaire allongée qui font partie des supports 2 et 3 Ces supports sont montés dans la machine au moyen de rotules 4 et 5 établies de manière à ne permettre aucun déplacement ni radial, ni suivant l'axe x-x. L'ensemble constitué par l'éprouvette 1 ét les montures 15, 16,COnstitue une poutre tout le long de laquelle les moments de flexion ou de torsion et les forces de traction développés pour les essais sont constants. Sur ces montures sont disposés les capteurs délivrant des signaux électriques en eux-mêmes connus, 17, 18 destinés aux mesures.Les capteurs sont disposés de façon à mesurer non pas les efforts sur les vérins mais directement les sollicitations sur l'éprouvette, évitant ainsi toutes les erreurs de mesure dues aux frottements des vérins, aux raideurs non nulles des accouplements. De plus, la disposition des capteurs et un traitement de ces signaux permettent de mesurer indépendamment les sollicitations de flexion plane, de flexion rotative, de torsion et de traction. Les supports 2 et 3 comportent des portées d'appui 19, 20 qui sont ici de forme tubulaire et sont destinées à recevoir les sollicitations relatives à la flexion.Avec ces portées d'appui coagit un étrier 6 qui peut être constitué par une pièce en forme de révolution ajourée pour faciliter le montage de l'éprouvette et permettre son observation pendant un essai, comme on le voit à la figure 2; ces appuis sur les ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ portées 19, 20 peuvent realiser d'un côté un appui simple et de l'autre une rotule. Deux vérins 7 et 8 dont les tiges sont concourantes et angutairement disposées sont entreposés entre le bâti 9 et des points appropriés 21, 22 de l'étrier 6. Le support 2 est monté dans le bâti 9 de la machine par l'intermédiaire d'un manchon 10 susceptible de tourner autour de l'axe x-x.Ce montage, dans l'exemple représenté est réalisé au moyen d'une part de la rotule 4 et d'autre part de lames flexi les 1Z disposées dans un plan perpendiculaire à l'axe x-x et reliant la couronne extérieure 23 de ce support 2 à la couronne extérieure 24 du manchon 10, ces lames flexibles étant rigides en torsion mais de raideur négligeable en flexion et en traction. Le manchon 10 peut être mis en rotation par tout moyen approprié, par exemple par un moteur ou bien, ainsi qu'il est représenté à la figure 3 par l'action d'un vérin 11 attelé par sa tige à un point 25 dudit manchon. - Le support 3 est monté par rapport au bâti 9 par l'in térmédiaire de la rotule 5 et de lames flexibles 13 analogues aux lames flexibles 12 de l'autre support précédemment décrite.Mais ici le support est monté par la rotule 5 dans une pièce cylindrique 14 constituant un vérin, dont le piston est formé par la couronne 26 et qui est guidé par rapport au bâti 9 de manière à pouvoir exercer sur ledit support 3 des sollicitations parallèles à l'axe x-x. Par ailleurs, le support 3 est suspendu par les lames flexibles 13 à une couronne fixe 27 solidaire du bâti 9, par sa couronne extérieure 28. De préférence, les vérins - ou éventuellement le moteur rotatif agissant sur le manchon 10 -- sont de type hydraulique, commandés par des servo-valves électro-hydrauliques. Les commandes des divers vérins, ou analogues, servant à exercer les sollicitations diverses sur l'éprouvette qui'ont été décrites ci-dessus, peuvent être reliées à un tableau de commande permettant de les actionner suivant diverses combinaisons. - C'est ainsi que pour l'étude des flexions sous divers aspects, la machine offre de grandes possibilités; ainsi en faisant développer aux vérins 8 -et 9 des forces égales et constantes, on obtiendra sur Itéprouvette un moment de flexion de valeur et direction déterminée ; en faisant varier ces forces de manière égale, le moment obtenu sera de valeur variable mais de direction constante, en les faisant varier relativement l'une à l'autre suivant des cycles déterminés, le moment obtenu pourra être d'amplitude fixe et de direction tournant à vitesse constante.Ces diverses actions peuvent d'ailleurs être superposées. La machine permet, par ailleurs, sans aucune modification de ses organes, par la commande des vérins appropriés, de passer de l'une à l'autre des mesures relatives à la flexion, à la torsion et à la traction. La machine ainsi constituée permet d'effectuer les opérations suivantes - a)la réalisation de moments de flexions, en appliquant à la poutre formée par l'éprouvette et les montures dans lesquelles elle est encastrée, des sollicitations produites au moyen des vérins 7 et 8 dont les efforts sont transmis par l'étrier 6 s' appuyant sur les supports 18 et 19 en y produisant deux forces égales. Il en résulte un moment fléchissant ayant la même valeur sur toute la longueur de cette poutre.Les sollicitations ainsi produites permettent notamment d'obtenir dans le plan médian perpendiculaire à l'éprouvette - soit une force de direction fixe et d'intensité varia ble, permettant de mesurer grâce aux capteurs la flexion plane, ondulée ou non; - soit une force d'intensité fixe et dont la direction tourne à une fréquence fonction de la fréquence des sollicitations de commande. Les forces développées par les vérins se com posent en effet comme suit : en se reportant au schéma de la figure 4, l'un des vérins développe une force Fx = F1 cos X t et le deuxième d'axe perpendi culaire au premier développe une force Fy = F1 sinWt. Fx et Fy ont des supports (directions) fixes mais leur résultant = t + v est une force d'intensité fixe égale à F1 et dont le support (direction) tourne a la vitesse Cajt bien que les supports de r et g soient fixes. On retrouve transposés dans le domaine mécanique les principes des champs magnétiques tournants.- Il suffit donc pour obtenir une force tournante que les sollicitations produites sur les vérins soient de même fréquence mais déphasées les unes par rapport aux autres d'une quantité fixe fonction de la position géométrique relative des vérins. On obtient ainsi la flexion rotative dissymé trique ou non. - soit une superposition d'une force de direction fixe et d'intensité variable et d'une force d'intensité fixe et de direction tournante. On obtient ainsi simultanément ou non les sollicitations de flexion plane ondulée ou de flexion rotative.- - b-) la réalisationdes moments de torsion stobtient en imprimant au manchon 10 un mouvement de rotation, grâce à l'action du vérin 11 - ou d'un moyen analogue - mouvement qui est transmis au support 2 grâce aux lames 12; le support 3 ne subissant, du fait de son montage sur le bâti lui-même par les lames 13 aucun mouvement de rotation.-- On obtient ainsi indépendamment des flexions une sollicitation de torsion constante, alternée ou non alternée, selon le régime des rotations imparties au support 2. c)laréalisation des efforts de tractions est effectuee grâce au vérin 14 qui produit un effort de traction ou de compression transmis par le support 3 à l'éprouvette, le support 2 étant bloqué en translation par rapport au bâti.- On obtient-ainsi un effort normal constant, ondulé ou alterné indépendant-des sollicitations précédentes.- Les signaux fournis par les capteurs sont utilisés pour réaliser moyen de boucle dtasservissement le réglage des différentes sollicitations en fréquence, amplitude et phase en les comparant à des valeurs de consigne issues soit d'un clavier de commande, soit de générateurs de signaux commandés par programmation ou autonomes permettant obtenir dessollicitations déterministes ou aléatoires entièrement réglables enamplitude et en phase. - REVENDICATIONS 1 - Machine d'essai de fatigue des matériaux comprenant un bâti fixe, une éprouvette fixe encastrée à chacune de ses deux extrémités sur une monture solidaire d'un support, ces deux supports étant liés chacun par une rotule au bâti et recevant des sollicitations de flexion dues à au moins deux vérins d'axes concourants, de directions fixes, situés dans un plan perpendiculaire à l'axe de l'éprouvette. 2 - Machine d'essai de fatigue des matériaux suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que les véLins sont commandés par des moyens permettant de produire suivant les besoins une force d'amplitude variable ou une force résultante d'amplitude fixe et de direction tournant à vitesse constante, ou la superposition des deux forces précédentes de manière à permettre suivant la commande choisie, d'obtenir l'une ou l'autre des diverses mesures suivantes : flexion plane ondulée, flexion rotative, flexion rotative dissymétrique; 3 - Machine suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que les supports comportent chacun une portée d'appui sur laquelle agit un étrier auquel sont attelés les axes de deux vérins concourantc;portés par le bâti; 4 - Machine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que les aeux supports dans lesquels l'éprouvette est encastrée par ses extrémités sont montés dans le bâti par l'intermédiaire de rotules capables de supporter des efforts axiaux et radiaux;; 5 - Machine suivant l'une quelconque des revendications 3. à 4, caractérisée par le fait que les supports sont montés dans le bâti par l'intermédiaire de deux accouplements ayant une rigidité négligeable en traction et flexion, liés pour l'un au bâti, pour l'autre, à un manchon tournant supporté parle bâti et susceptible de recevoir un couple de torsion. 6 - Machine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que l'un des supports est en outre relié au bâti par des lames flexibles situées dans un plan perpendiculaire à son axe et reliant la couronne extérieure à la couronne extérieure d'un manchon coaxial, monté de manière à pouvoir tourner dans le bâti sous l'action d'un organe moteur tel qu'un vérin, l'autre support étant relié directement au bâti par des lames flexibles analogues aux précédentes 7 - Machine suivant l'une-quelconque des revendications i à 6, caractérisée par le fait qu'elle comporte un vérin coaxial à l'éprouvette susceptible d'appliquer à l'un des supports un effort de traction, l'autre ne pouvant se déplacer suivant son axe par rapport au bâti 8 - Machine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée par le fait que les sollicitations sont mesurées par des capteurs fixés sur les supports d'éprouvettes en des zones où les sollicitations sont les mêmes que celles sur l'éprouvette -et converties, après traitement en signaux électriqves permettant de mesurer indépendamment chacune des sollicitations appliquées. 9 - Machine suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, -caractérisée par le fait que les signaux fournis par les capteurs sont utilisés pour assurer, après traitement approprié, la commande de servo-valves hydrauliques permettant de régler les efforts des vérins en fréquence, amplitude et phase pour assurer un programme de sollicitations préétabli.