Brevet FR2468905A1 — publié le 19810508

Procédé et dispositif pour la détermination de l'endommagement par fatigue d'une pièce mécanique. Lorsqu'un défaut apparat dans une pièce mécanique, soit au cours de sa fabrication, soit en cours d'utilisation, la réponse de cette pièce à une sollicitation mécanique évolue. En particulier, sa fréquence de résonance varie, ainsi que l'amortissement des vibrations ou frottement interne. L'étude de l'amortissement présente un gros intérêt car il est très sensible à l'état du matériau, beaucoup plus sensible que la fréquence0 On connait depuis longtemps la méthode qui consiste à "sonner les pièces"; elle n'a fait que se perfectionner au cours des années, mais elle a été jusqu'à présent uniquement appliquée à la recherche de défauts relativement importants. La présente invention a pour objet un procédé pour évaluer le degré d'endommagement des pièces soumises à la fatigue, avant que n'apparaissent les défauts, c'est-à-dire à un stade où l'endommagement se limite à l'apparition de défauts à l'échelle microscopique ou submicroscopique. Ce procédé est caractérisé en ce qu'on excite la pièce à sa fréquence de résonance, en ce qu'on mesure l'amortissement des vibrations de la pièce, et en ce qu'on compare cet amortissement à celui des vibrations d'une pièce non endommagée. La pièce non endommagée peut être une pièce étalon dans la mesure où cette pièce et la pièce considérée sont comparables a l'origine; la pièce non endommagée peut également entre la pièce considérée avant que celle-ci ait été utilisées La présente invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Le dispositif est caractérisé en ce qu'il comporte un générateur basse fréquence relié d'une part à la pièce et d'autre part à une première électrode placée à proximité de cette pièce, ue deuxième électrode également placée à proximité de la pièce, des moyens pour mesurer la tension à cette deuxième électrode, et des moyens pour déterminer l'amortissement des oscillations de cette tension. Lorsqu'on utilise ce dispositif, on fixe la pièce sur un support au niveau d'un noeud de vibration, pour éliminer les pertes par ce support. Lorsque le générateur basse fréquence est mis en service, l'électrode reliée à ce générateur joue le rôle d'une-armature d'un condensateur dont l'autre armature est constituée par la pièce elle-m8me, La pièce entre en vibration et la deuxième électrode est portée à une tension alternative dont la fréquence est égale à celle du générateur. Pour mesurer l'amortissement des oscillations de la tension à la deuxième électrode, on peut mesurer le facteur de surtension en faisant varier la fréquence de part et d'autre de la fréquence de résonance et calculer l'amortissement à partir de ce facteur de surtension. On peut également arrêter le générateur et mesurer le décrément logarithmique à l'aide d'un enregistreur lo gar itbmique. On a décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation du dispositif selon l'invention, avec référence au dessin annexé dans lequel La Figure 1 est un schéma du dispositif; La Figure 2 montre l'amortissement des oscillations de la tension de sortie du dispositif; La Figure 3 montre la forme schématique de la variation de l'amortissement des vibrations en fonction de la durée d'utilisation de la pièce dans la mesure où celle-ci est endommagée. La Figure 4 montre un autre mode de montage du dispositif de la Figure 1. Tel qu'il est représenté à la Figure 1, le dispositif est appliqué à la détermination de l'endommagement par fatigue d'une pièce allongée 1, constituée par exemple par un barreau ou par une poutre; mais cette pièce pourrait, bien entendu, avoir touteautre forme. La pièce 1 est fixée sur un support 2 au niveau d'un noeud de vibrations, c'est-à-dire en son milieu si elle a une section constante. Un générateur basse fréquence 3 qui peut fournir un courant à une fréquence comprise entre 50 et 20.000 Hz, est connecté à la pièce 1 ainsi que, par l'intermédiaire d'un amplificateur 4, à une électrode 5 placée à proximité de l'une des tranches de cette pièceOune deuxième électrode 6 connectée à un amplificateur 7 est disposée à proximité de la tranche opposée de la pièce 1. Le signal de sortie de l'amplificateur 7 est recueilli en 8. L'électrode 6 est isolée par un capotage métallique mis à la masse pour éviter la réception directe du rayonnement émis par l'électro- de 5. On règle le générateur 3 de façon à exciter la pièce à sa fréquence de résonance. Cela peut & re fait en faisant varier la fréquence du générateur 3 et en comparant la tension de sortie avec la tension recueillie en 8 sur un oscilloscope cathodique. La pièce 1 entre alors en vibration suivant sa direction longitudinale, comme indiqué par la flèche fl. L'électrode 6 recueille une tension périodique qui est amplifiée en 7; la valeur de la tension de sortie 8 est une fonction croissante de l'amplitu de des vibrations de la pièce 1 et il suffit de mesurer l'amortissement de ces vibrations. Pour mesurer l'amortissement des vibrations, on peut, par exemple, enregistrer les variations de la tension de sortie 8 comme indiqué en 9 à la Figure 2, arrêter le générateur 3 et mesurer le décrément logarithmique. L'amortissement est alors calculé à partir de ce décrément. Connaissant cet amortissement, on le compare avec l'amortissement des vibrations dans une pièce étalon ou dans la pièce avant utilisation. Cet amortissement varie très peu quand la pièce n'est pas fatiguée mais se met à croître très rapidement quand des défauts dus à la fatigue apparaissent à l'échelle de la structure micrographique, ainsi que le montre schématiquement la courbe 10 à la Figure 3. L'amortissement des vibrations de la pièce 1 permet donc d'évaluer la fatigue de cette pièce et son endommagement sous l'effet de cette fatigue. Au lieu de faire vibrer la pièce 1 longitudinalement, on peut la faire vibrer transversalement, comme indiqué par la flèche f à la Figure 4. Les supports 2 de la pièce sont encore placés à 2 des ventres, les électrodes 5 et 6 étant disposées à proximité d'une face longitudinale de la pièce, chacune à l'une des extrémités de celle-ci0 Il va de soi que la présente invention ne doit pas être considérée comme limitée au modé de réalisation décrit et représenté, mais en couvre au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. - Procédé pour évaluer le degré d'endommagement d'une pièce soumise à la fatigue, caractérisé en ce qu'on excite la pièce à sa fréquence de résonance, en ce qu'on mesure l'amortissement des vibrations de la pièce, et en ce qu'on compare cet amortissement à celui des vibrations d'une pièce non endommagée. 2. - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé défini à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un générateur de basse fréquence relié d'une part à la pièce et d'autre part à une première électrode placée à proximité de cette pièce, une deuxième électrode également placée à proximité de la pièce, des moyens pour mesurer la tension à cette deuxième électrode, et des moyens pour -déterminer l'amortissement des oscillations de cette tension.