Brevet FR2473178A1 — publié le 19810710

L'utilisation répétée d'une pièce mécanique fatigue celle-ci et cette pièce peut finir par se rompre alors qu'elle est soumise à un effort normal, la charge de travail ne dépassant pas la charge pour laquelle la pièce a été prévue. Malheureusement, la fatigue d'une pièce n'est pas visible et il n'existe, à l'heure actuelle, aucun moyen simple pour détermi- ner l'état de fatigue, ce qui peut être la source d'accidents graves. La présente invention a pour objet un témoin de fatigue qui peut être incorporé dans une pièce ou dans une structure soumise à des efforts répétés ou fixé sur cette pièce, et qui permet de connaître le moment où la pièce est fatiguée. Le témoin de fatigue selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte deux éléments relativement épais qui sont écartés l'un de l'autre et réunis l'un à l'autre par un voile mince, ces deux éléments étant incorporés à la pièce ou fixés à celle-ci de façon que, lorsque cette pièce travaille, les deux éléments épais se déplacent l'un par rapport à l'autre dans un plan paral lèle au plan du voile et dans une direction sensiblement paral lèle aux deux éléments épais, et en ce que le voile mince comporte au moins une fente ou découpe orientée dans la direction du déplacement relatif des deux éléments épais. Lorsque la pièce travaille, les parties épaisses se déplacent et soumettent le voile mince à un effort de cisaillement. Le déplacement des parties épaisses peut d'ailleurs être positif ou négatif selon que les parties épaisses du témoin de fatigue tendent à se rapprocher ou a s' éloigner. Cela dépend de la façon dont les parties épaisses du témoin sont incorporées ou fixées à la pièce et également de la façon dont la pièce elle-même est utilisée. Au bout d'un certain nombre de cycles de travail, des fissures apparaissent dans ce voile à partir des extrémités du fond de la fente. Ces fissures s'étendent progressivement dans le voile et finissent par atteindre le bord opposé de ce voile ou rejoindre la fissure issue de ce bord opposé, de sorte qu'une partie de celuici se détache. La propagation de ces fissures dépend des déplacements qui sont imposés au témoin de fatigue par la pièce et, par conséquent, des efforts appliqués à la pièce. Ainsi, les fissures jouent le rôle d'une mémoire et enregistrent toutes les sollicitations auxquelles la pièce est soumise en service. Cette mémoire est sélective dans la mesure où un effort important provoque une progression de la fissure dans le voile plus rapide qu'un effort faible. Les deux éléments massifs et le voile peuvent constituer une même pièce qui est percée d'un trou borgne sur deux faces opposées, les deux trous étant coaxiaux de sorte que leurs fonds soient séparés par un voile, et ayant des dimensions telles que ce voile soit le seul élément de liaison entre les deux parties non évidées de la pièce. Le voile est avantageusement circulaire. I1 peut être percé d'un trou en son centre. I1 peut comporter une seule fente ou bien deux fentes opposées l'une à l'autre dans la direction du déplacement relatif des deux pièces. Le voile peut être plan ou bombé. I1 peut comporter également des trous ou découpes supplémeilaires permettant de guider les fissures. I1 peut être relié à la partie épaisse par un congé d'usinage. I1 peut être d'épaisseur variable. Le fond de la ou des fentes peut être plan ou convexe. On a décrit ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, divers modes de réalisation de l'invention avec référence aux dessins annexés dans lesquels La Figure 1 est une vue en élévation d'un témoin de fatigue; La Figure 2 en est une vue en coupe suivant II-II de la figure 1, Les Figures 3 à 8 montrent des variantes du témoin de fatigue, La Figure 9 montre un témoin de fatigue fixé sur un palonnier, La Figure 10 montre un témoin de fatigue incorporé dans un anneau de levage, La Figure 11 montre également un témoin de fatigue incorporé dans un anneau de levage, La Figure 12 montre un témoin de fatigue incorporé dans un crochet, La Figure 13 est une vue en coupe, plus grande échelle, suivant XIII-XIII de la Figure 12, La Figure 14 montre en élévation, à plus grande échelle, le voile du crochet et les fissures qui s'y forment. Tel qu'il est représenté au dessin, le témoin de fatigue selon l'invention comprend deux éléments allongés la et lb, relativement épais, qui sont parallèles l'un à l'autre et réunis par un voile mince 2, faisant corps avec les éléments ou fixé à ceux-ci. Ce voile s'étend transversalement par rapport à la direction des éléments la et lb et est situé dans le plan médian longitudinal de ceux-ci. En d'autres termes, un trou borgne 3 est ménagé sur chaque face latérale de l'ensemble des éléments la et lb, les fonds des deux trous étant séparés l'un de l'autre par le voile 2. Dans l'exemple représenté, ces fonds sont plans de sorte que le voile est délimité par deux faces planes parallèles, mais ils pourraient être bombés. Le voile 2 est circulaire. I1 est muni, dans la direction de son diamètre parallèle à la direction des éléments la et lb de deux fentes 4a et 4b qui débouchent à l'extérieur et entre lesquelles se trouve une partie pleine 5 assurant la liaison des deux éléments la et lb. Ces éléments s'étendent jusqu'aux extrémités des fentes 4a et 4b par l'intermédiaire de bords concaves 6. Les deux éléments la et lb sont fixés, de préférence à leurs extrémités libres, comme indiqué en 7, à deux parties 8a et 8b d'une même pièce, quine déplacent l'une par rapport à l'autre sensiblement dans la direction des éléments la et lb, lorsque la pièce travaille, comme cela est schématisé par les flèches f; ils peuvent également faire corps avec deux portions de la pièce. La direction du déplacement relatif des parties 8a et 8b est sensiblement parallèle au voile 2. Lors de l'utilisation de la pièce, les deux éléments la et lb du témoin de fatigue se déplacent par suite l'un par rapport à l'autre dans la direction des flèches f, en exerçant un effort de cisaillement sur le voile 2, au droit de la partie 5 de ce voile. Quand la pièce a subi un certain nombre de cycles de travail, la partie 5 du voile se fissure comme indiqué en 9. Ces fissures partent du fond des fentes 4a et 4b et entourent progressivement cette partie 5, de sorte que celle-ci finit par se détacher d'elle-même au bout d'un certain nombre de cycles, ce qui signale que la pièce est fatiguée et doit être mise au rebut. Dans ce qui précède, il a été indiqué que les éléments la et lb étaient allongés. Mais cela n'est pas nécessaire et ces élé- ments pourraient être limités à leur partie se trouvant au droit du voile 5 en étant fixés aux parties 8a et 8b de la pièce à contrôler, par exemple en des points situés au droit de la partie 5 du voile. Les fonds 10 des fentes 4a et 4b peuvent être plans, comme représenté à la Figure 1. Ils peuvent également être convexes comme on le voit à la Figure 3. I1 est avantageux que les fentes 4a et 4b se terminent par des angles aigus qui permettent, grace aux concentrations de contraintes qui en résultent, de s'assurer du point de départ des fissures. Un trou 11 peut éventuellement être prévu au centre de la partie 5, comme on le voit à la Figure 4. Dans ce cas, l'une et/ou l'autre des parties 5a et 5b comprises entre le in des fentes et le trou se détache lorsque la pièce est fatiguée. Le voile peut être d'épaisseur variable. En particulier, il peut, comme indiqué aux Figures 5 et 6, être renforcé en son centre 5a de façon à concentrer encore plus les contraintes sur la partie mince adjacente. Une découpe supplémentaire peut être aménagée dans le voile de façon à mieux guider la propagation des fissures. Cette découpe supplémentaire peut avoir la forme de deux trous circulaires 15 comme à la Figure 7, ou de deux trous rectangulaires 16 comme à la Figure 8. Aux Figures 7 et 8, les trous 15 et 16 sont disposés suivant un diamètre perpendiculaire à celui des fentes 4a et 4b. La Figure 9 montre l'application du témoin de fatigue à une poutre ou un palonnier 12. Dans ce cas, l'éliment lb est prolongé par un élement transversal lc. Cet élément lc est orienté dans la direction longitudinale du palonnier et lui est fixé en 7a et 7b; l'élément la est fixé au palonnier en 7c. Lorsque le palonnier est sous charge, il fléchit de sorte que le point 7c se rapproche ou s'éloigne de la traverse lc, selon le sens dans lequel le palonnier est chargé. Les deux éléments la et lb se déplacent dans la direction des fentes 4a et 4b. Lorsque le palonnier est fatigué, la partie 5 du voile 2 se détache. Le témoin de fatigue peut être incorporé à la pièce à contrôler au lieu d'être fixé à celle-ci. On voit ainsi à la Figure 10 un anneau allongé 13 muni à ses extrémités de deux points d'amarrage 14a et 14b. Le témoin de fatigue est disposé à l'intérieur de l'anneau, ses éléments la et lb qui tont orientés suivant la direction longitudinale de l'anneau se raccordent au contour intérieur de cet anneau. Lorsque l'anneau est mis en tension, par l'intermédiaire des points d'amarrage 14a et 14b (ou en compression),les deux éléments épais la et lb s'éloignent (ou se rapprochent). Les fentes 4a et 4b sont orientées suivant la direction longitudinale de l'anneau et disposées dans le plan médian de celui-ci; la partie 5 du témoin est ainsi soumise à un effort de cisaillement lorsqu' une traction ou une compression est exercée aux deux points 14a et 14b de l'anneau. La Figure 11 représente également un anneau 13' muni d'un témoin de fatigue, mais le témoin est disposé perpendiculairement à la direction de la traction (ou de la compression) c'est-à-dire que ses éléments la et lb sont orientés transversalement par rapport à l'anneau. Lorsque l'anneau est mis sous tension (ou en compression), il se déforme et ses deux branches 13'a et 13'b se rapprochent ou s'éloignent, en entraînant dans leur mouvement les parties épaisses la et lb du témoin de fatigue et leur imposant un mouvement de cisaillement. Le témoin de fatigue peut être incorporé à un crochet 17 (Fig. 12 à 14). Ce crochet 17 comporte un bossage 18, sur sa face extérieure, à sa jonction entre son oeil 17a et son corps 17b. Dans ce bossage est ménagé un trou 19 traversé sensiblement en son milieu par un voile 2 qui est percé en son centre d'un trou 11 et est solidaire du bossage. Dans le bossage 18 est ménagée une fente 4a q u i -s'. é t e n d dans le voile 2, sensiblement dans le plan médian du bossage 18. La position de cette fente et son orientation par rapport au bossage permettent d'obtenir un déplacement relatif des deux parois de la fente sensiblement parallèle aux dites parois. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, qui a donné toute satisfaction, le voile avait une épaisseur de lmm et son trou central un rayon de 3,5mm; la fente avait une épaisseur de 1,6 mm et s'étendait dans le voile jusqu'à 1,5 mm du bord du trou 11. Ces dimensions correspondent à un crochet de force deux tonnes de longueur hors tout 162,5 mm, d'épaisseur 14 mm, dont le diamètre de l'oeil est 30 mm et le diamètre du siege 45 mm. Lors de l'utilisation du crochet, celui-ci tend a s'ouvrir, ce qui déforme le bossage 18 et le voile 2; les deux portions longitudinales 20a et 20b de la fente se déplacent sensiblement paral lèlement l'une à l'autre, un point P de la portion 20b venant en P1 si l'on suppose la portion 20a fixe. Quand le crochet a subi un certain nombre de cycles L chargement, la partie 5 du voile 2, qui se trouve dans le prolongement de la fente 4a, se fissure en 9. Ces fissures 9 entourent progressivement ladite partie 5 de telle sorte que celle-ci finit par se detacher d'elle-même au bout d'un certain nombre de cycles. Ce nombre de cycles dépend lui-même de la position du trou 11 et du voile 2 par rapport au crochet et au bossage, de l'épaisseur du voile, de la largeur et de la profondeur de la fente. On notera que le voile 2 est placé à un endroit où il ne gêne pas le fonctionnement du crochet et qu'il est protégé des chocs et de l'abrasion. Le bossage 18 n'existant normalement pas dans ce crochet, la fissure ou la rupture du voile n'affaiblissent pas le crochet. I1 va de soi que la présente invention ne doit pas être considérée comme limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais en couvre, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. - Témoin de fatigue pour pièce mécanique soumise à des efforts répétés, caractérisé en ce qu'il comporte deux éléments relativement épais qui sont écartés l'un de l'autre et réunis l'un à l'autre par un voile mince, ces deux éléments étant incorporés à la pièce ou fixés à celle-ci de façon que, lorsque cette pièce travaille, les deux éléments se déplacent l'un par rapport à l'autre dans un plan qui est parallèle au plan du voile et dans une direction sensiblement parallèle aux deux éléments épais, et en ce que le voile mince comporte au moins une fente ou découpe orientée dans la direction du déplacement relatif des éléments épais. 2. - Témoin selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux éléments massifs et le voile constituent une même pièce qui est percée d'un trou borgne sur deux faces opposées, les deux trous étant coaxiaux de sorte que leurs fonds soient séparés par un voile, et ayant des dimensions telles que ce voile soit le seul élément de liaison entre les deux parties non évidées de la pièce. 3. - Témoin selon la revendication 1 ou 2, caractérisé ce que le voile est circulaire, de préférence muni d'un trou en son centre. 4. - Témoin selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte une seule fente. 5. - Témoin selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte deux fentes opposées l'une à l'autre dans la direction du déplacement relatif des deux pièces. 6. - Témoin selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fond de la fente est plan. 7. - Témoin selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le fond de la fente est convexe. 8. - Témoin selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le voile est plan. 9. - Témoin selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le voile est bombé. 10. - Témoin selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un congé d'usinage relie le voile aux parties épaisses. 11. - Témoin selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le voile, d'épaisseur variable, est plus épais en son centre. 12. - Témoin selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des découpes supplémentaires sont ménagées dans le voile pour guider les fissures, ces découpes étant par exemple circulaires ou rectangulaires. 13. - Témoin selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fentes ou découpes pratiquées dans le voile sont munies d'angles vifs pour amorcer les fissures. 14. - Palonnier, crochet ou anneau, caractérisé en ce qu'il est muni d'un témoin de fatigue selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 ci-dessus.