Brevet FR2411403A1 — publié le 19790706

La présente invention a pour objet une machine d'essais de fatigue des matériaux. Dans ce domaine, il existe de nombreuses machines capables d'appliquer à une éprouvette une sollicitation simple (traction, torsion, flexion), d'autres peuvent s'adapter à la mise en pression d'une enceinte, très peu d'entre elles ont été spécialement conçues pour communiquer à la même éprouvette la combinaison de deux des sollicitations précitées. L'invention a pour objet une machine d'essais permettant d'appliquer à volonté à une éprouvette l'une des quatorze combinaisons possibles obtenues à partir des quatre sollicitations précédemment énoncées.- Cette machine permet de conférer à chaque sollicitation une variation au cours du temps de type ondulé aléatoire ou non; et de plus, outre la flexion plane, elle permet d'effectuer une flexion rotative dissymétrique.- Cette machine comporte en combinaison, monté coaxialement à un-axe principal, un ensemble tournant dans un ensemble fixe monté dans le bâti. L'ensemble tournant contient l'éprou- vette encastrée par ses extrémités dans des montures coaxiales disposées dans un tube intérieur avec roulements.interposés, le tube intérieur étant disposé dans un tube extérieur avec interposition de vérins linéaires.L'ensemble fixe comporte un tube coaxial à 11 ensemble tournant,des vérins linéaires étant interposés entre ce tube et le bâti fixe. Avec l'arbre principal est combiné un arbre secondaire reliés l'un à l'autre par des accouplements débrayables, l'arbre secondaire étant mis en rotation par un moteur et comportant un vérin rotatif entre lesdits accouplements. -Un mode de réalisation de cette machine va être décrit ci-après, à titre d'exemple et dans le but de faciliter la compréhension de l'invention; on a représenté au dessin annexé Figure 1, une vue très schématique montrant I'agen- cement des parties constitutives de la machine objet de l'invention; Figure 2, un schéma explicatif des sollicitations imposées à l'éprouvette dans une telle machine. Dans la vue schématique de la figure 1 le bâti fixe 18 qui supporte l'ensemble de la machine n'a pas été représenté dans ses formes extérieures, mais par celles de ses diverses parties dans lesquelles sont montés les éléments opératifs de la machine. Les formes extérieures du bâti peuvent évidemment être quelconques au regard de la présente invention, et la représentation de ses parties servant au montage desdits éléments opératifs est seule importante. Dans les diverses parties 18 du bâti, les éléments essentiels de la machine sont disposés comme suit : le bâti supporte un arbre principal 9, et porté par deux roulements 7 et 19 et un arbre secondaire représenté par son axe 3 et supporté par deux roulements 4 et 22. En son centre, l'arbre principal est interrompu et remplacé par un tube coaxial 10, monté sur lui au moyen de roulements 24 et 25, ce tube comportant intérieurement les moyens permettant la fixation de l'éprouvette soumise aux essais.L'éprouvette 16 placée dans ce tube et qui peut être soit pleine-(constituée par un barreau)- soit creuse -(constituée par exemple par un tube)- est encastrée par ses têtes dans des montures, non représentées, solidaires de l'arbre principal 9 et ayant même axe; ce montage peut, notamment, être du même genre que celui décrit sous la référence 18 dans la demande cs-pendante, déposée le 9 DECENIBRE 1977 au même nom et sous le N 77-37146. L'éprouvette et les montures dans lesquelles elle est encastrée par ses extrémités constituent une poutre sur toute la longueur de laquelle les solicitations sont les mêmes. lesdites montures, ici marquées par les références 26, 27, supportent les apteurs 17 et 18 servant à opérer les mesures. Le tube 10 est lui-même monté à l'intérieur d'une pièce également tubulaire et coaxiale 15 avec interposition de vérins linéaires 13 répartis circulairement. Et la pièce tubulaire 15 est elle-même montée tournante au moyen de roulements il dans une pièce tubulaire 14 montée dans le bâti 18 avec interposition de vérins linéaires 12 répartis circulairement.On voit que le tube 10, les vérins 13 et le tube 15 constituent un ensemble contenant l'éprouvette 16 et susceptible de tourner à l'inté- rieur de l'ensemble fixe constitué par le tube 14, les vérins 12 et les portées du bâti 18 auxqueiles sont rattachés ces vérins 12. Par ailleurs, il est prévu un vérin 8 à piston annulaire, coaxial à l'arbre 9 et monté dans le bâti 18, susceptible de développer des efforts de traction sur l'éprouvette.- L'arbre secondaire d'axe 3 est monté grâce à des roulements porteurs 4 et 22.En bout de cet arbre est disposé un moteur 23. L'arbre principal 9 est relié à l'arbre secondaire d'axe 3 par des accouplements 1,6 et 20,21 permettant embrayage ou débrayage. De plus, sur l'arbre secondaire est interposé un vérin rotatif 2. par lequel des efforts de torsion peuvent être imposés à lteprouvette.- Les divers vérins sont commandés par des servo-valves électro-hydrauliques représentées en traits discontinus et reliés comme indiqué également par traits discontinus à chacun d'eux. Les vérins 12 interposés entre le bâti 18 et le tube 14 sont commandés par la servo-valve SV5 et communiquent à ltéprou- vette le moment fléchissant Mf1 (figure 2). Les vérins 13 interposés entre le tube 15 et le tube 10 sont commandés par la servo-valve SV3.Ils tournent avec l'éprouvette suivant le référentiel x, y, z (figure 2) par rapport au référentiel x1 y1 z1 qui est lié au bâti et donc fixe. La vitesse de rotation est répérée suivant ;t sur la figure 2.Ces vérins 13 communiquent donc à l'éprouvette le moment fléchissant constant Mf2 (flexion plane). Le vérin 8 commandé par la servo-valve SV1 permet d'obtenir l'effort de traction R (figure 2). Compte tenu des possibilités offertes par la commande hydraulique, et du fait que l'éprouvette est soumise à des sollicitations rendues indépendantes, on conçoit que les lois des différentes contraintes agissant sur l'éprouvette puissent être très diversifiées au cours du temps. Enfin, lorsque l'éprouvette est de forme cylindrique creuse, on peut effectuer des essais en pression, représentés en P. sur la figure 2, la pression étant commandée par une servo 1 On 4 On doit, par ailleurs, observer que les vérins 12 et 13 peuvent être remplacés par tout système susceptible de transmettre une force. Par exemple, on peut aussi appliquer ces sollicitations par des systèmes mécaniques (vis différentielles) commandés par un moteur pas à pas ou à courant continu...., afin d'assurer un essai à contrainte imposée; le moteur pas à pas ou autre commandant la yis au fur et à mesure de la propagation de la fissure. La machine comporte évidemment différents appareillages de sécurité, comptage, compensateurs d'énergie, étalonnage, mesure etc ... et notamment un collecteur tournant 5 monté sur l'axe 9, en vue de l'utilisation de jauges d'extensométrie permettant la mesure des sollicitations et leur régulation.- La machine ainsi établie permet de procéder, notamment, aux opérations suivantes a) Réalisation de moments fléchissants.- Les indications ci-dessus ont montré que l'éprouvette mise en essai est placée dans une chaîne cinématique fermée en un lieu où les moments fléchissants sont constants sur toute la longueur de l'éprouvette.- L'axe tournant dans lequel est inséré l'éprouvette est placé sur deux appuis simples constitués par les rotules 19, 7 et est chargé suivant des forces situées dans deux plans perpendiculaires à l'axe à égale distance des appuis, (en 24 et 25). Dans chacun de ces plans agissent - une force qui tourne avec l'éprouvette, - une force qui a une direction fixe par rapport au bâti. La conjugaison des deux forces tournantes impose dans une section quelconque de l'éprouvette un moment fléchissant fixe dans le référentiel de l'éprouvette et donc une sollicitation de flexion plane.- La conjugaison des deux forces de directions fixes par rapport au bâti impose dans une section quelconque de l'éprouvette lorsqu'on la fait tourner, un moment fléchissant tournant dans le référentiel de l'éprouvette et donc une sollicitation de flexion rotative. La conjugaison des deux phénomènes précédents impose à l'éprouvette une sollicitation en flexion rotative dissymétrique. b) Réalisation des efforts de traction. L'arbre porte-éprouvette 9 dont il est fait mention cidessus est lié en translation par l'une de ses extrémités au bâti alors que son autre extrémité reçoit une force de traction dirigée suivant ce même axe. On obtient ainsi, grâce au vérin 8, la sollicitation en traction. c) Realisation des moments de torsion. Lorsque l'on a procédé à l'embrayage des deux arbres l'un par rapport à l'autre grâce aux accouplements 1,6 et 20,21, on dispose d'une chaîne cinématique fermée dans laquelle est interposé le vérin rotatif 2. Grâce à ce vérin, ou à tout introducteur de couple analogue, on communique à l'éprouvette un moment dirigé longitudinalement M1.- d) Réalisation des efforts de pression intérieure à une éprouvette creuse. Cette opération s'effectue après raccordement de la servo-valve 8V4 à un ajutage prévu dans le montage de l'éprouvette. - REVENDICATIONS 1.- Machine d'essais de fatigue de matériaux, caractérisée par le fait qu'elle comporte un ensemble tournant autour d'un axe principal contenant l'éprouvette et comprenant un tube intérieur monté sur roulements, un tube extérieur coaxial et des vérins interposés entre ces deux tubes, cet ensemble tournant étant monté par roulements à l'intérieur d'un ensemble fixe constitué par un tube coaxial à l'ensemble tournant et des vélins interposés entre ledit tube coaxial et le bâti fixe, des moyens tnt prévus pour imposer des sollicitations par les divers vérins et imprimer des mouvements de rotation à l'ensemble tournant. 2.- Machine d'essais suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que l'éprouvette est encastrée dans le tube intérieur de l'ensemble tournant par des montures coaxiales à l'arbre principal et sur lesquelles le tube intérieur est monté au moyen de roulements. 3.- Machine d'essais suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que les vérins sont reliés à des électro-valves permettant de commander suivant la mesure voulue des moments fléchissants constants, des moments fléchissants variables, les uns fixes par rapport au bâti, les autres fixes par rapport à l'eprouvette, ces moments résultant de l'application des forces ponctuelles égales et symétriques développées par les vérins, sur des appuis prévus dans des ensembles précités . - 4.- Machine d'essais suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait qu'avec l'arbre principal est combiné un arbre tournant secondaire susceptible d'être entraîné en rotation par un organe moteur, des accouplements étant interposés entre l'arbre principal et l'arbre secondaire. 5.- Machine d'essais suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait qu'avec l'ensemble tournant est combiné un vérin linéaire susceptible de développer un effort dans le sens de l'axe principal. 6.- Machine d'essais suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que sur l'arbre secondaire est interposé un vérin rotatif permettant d'imprimer à l'éprouvette des sollicitations de torsion se traduisant nar un moment longitudinal, variable ou non au cours du temps et susceptible d'être ajouté aux moments fléchissants et à l'effort de traction longitudinal. 7.- Machine d'essais suivant l'une quelconque des revendications 1à 6, caractérisée par le fait que les divers vérins sont commandés par des électro-valves.- s Machine d'essais suivant l'une quelconque des revendications i à 6, caractérisée par le fait que la machine comporte pour l'essai d'éprouvette creuse, des moyens pour lui impartir une pression intérieure commandés par une électro-valve particulière.- 9.- Machine d'essais suivant l'une quelconque des revendications I à 8, caractérisée par le fait que les sollicitations sont mesurées par des capteurs disposés dans des parties dans lesquelles l'éprouvette est encastrée et où les sollicitations sont les memes que celles-c=ommuniquées à l'ép-rouvette, ces capteurs permettant une mesure de chacune des sollicitations indé pendamment les unes des autres.