Brevet FR2487069A1 — publié le 19820122

_, _ La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la mesure d'au moins une composante des efforts exercés sur une poutre de forme quelconque, de part ou d'autre d'un tronçon déterminé de cette poutre. D'une manière générale on sait qu'en vue d'effectuer une telle mesure on a déjà proposé des dispositifs uti- lisant au moins un capteur destiné à détecter les dépla- cements relatifs d'au moins un couple de points soli- darisés à la poutre à chacune des extrémités du tronçon. Toutefois ces dispositifs n'ont pas permis dtobte- nir les résultats escomptés en raison du fait qu'ils sont généralement sensibles, non seulement à la com- posante des efforts que l'on voudrait mesurer, mais également à la position decette composante par rapport au point de mesure. L'invention a pour but de supprimer cet inconvénient en établissant les conditions particulières qui doivent être requises pour effectuer cette mesure et, en parti- culier, la position du plan dans lequel doivent être situés les susdits couples de points. A cet effet, le procédé selon l'invention consiste plus particulièrement: 1) A choisir dans la poutre un tronçon T limité par deux plans A et B perpendiculaires à la fibre neutre en des points a et b respectifsce tronçon étant en outre déterminé de telle manière que: - sa fibre neutre soit sensiblement rectiligne, - les ellipses d'inertie de ses sections droites soient proches de la circularité, - les efforts qui lui sont appliquées, à l'exclu- sion de ceux qui lui sont transmis par le reste de la poutre entraînent des déplacements négli- geables de la section A par rapport à la section B. 2) A choisir une droite M prédéterminée, dans un plan D perpendiculaire à ab, et, dans ce plan D, sur _2 au moins une parallèle prédéterminée P à la droite o, à choisir un groupe de deux points d et e situés sur la droite p en l'absence d'efforts appliqués à la poutre, le plan D passant par une droite A qui est l'axe ins- tantané de rotation du plan B par rapport au plan A lorsque les efforts appliqués à la poutre en dehors du tronçon ',au-delà du plan B,se réduisent à un couple de moment perpendiculaire à ab 3) A rendre le point d solidaire du plan A de la poutre et le point e solidaire du plan B de la poutre (ou inversement), les liaisons étant telles que les déplacements relatifs du point d par rapport au point e parallèlement au plan B présentent un hystérésis négligeable lorque la poutre est soumise à des efforts répétés. 4) A mesurer la composante parallèle à la droiteec des déplacements relatifs du point d par rapport au point e pour chaque groupe de deux points. ) A déduire du résultat d'au moins une de ces mesures, la composante suivant b du moment m du couple résultant au point b des efforts appliqués à la poutre en dehors du tronçon T au-dela du plan B et, ou, de la composante f suivant au moins une direction cde la résultante F des efforts appliqués à la poutre du mâme côté du tronçon T. Ce résultat est du au fait que le déplacement mesuré, lorsque la droite (! est à une distance c de la fibre neutre ab est de la forme. ú= K.f + K2.c.m relation dans laquelle: K1 et K2 sont des coefficients résultant des dimen- sions et du matériau de la poutre dans le tronçon T. Ainsi, selon une autre caractéristique de l'invention, dans le cas o l'on désire obtenir, par une seule mesure, la composante f suivant l'une des directions d( prédéter- minée, de la force ? résultante des efforts appliqués à la poutre, en dehors du tronçon T, au delà du plan B, il suffit de faire rencontrer la droite P avec l'axe iB -3- Il est également possible, en vue de déterminer les paramètres c et m, d'utiliser plusieurs couples de points d,e mobiles le long de plusieurs parallèles situées à des distances cn de ab, algébriquement différentes, pour au moins l'une des directions d", afin d'obtenir des fonctions linéaires redondantes de la forme K f + K c *m 1 2 n' t étant les déplacement respectifs des n couples de points d,e. L'invention concerne également un dispositif pour l'application du procédé précédemment décrit, ce dispositif comprenant une première pièce rigide liée à la section A de la poutre, une deuxième pièce rigide liée à la section B de la poutre, des capteurs de déplacement rectiligne, de conception classique (résis- tifs, capacitifs, selfiques, optiques etc.) correspon- dant à chaque groupe de points d,e, dont le corps est ne- lié à l'une de ces deux pièces, et la partie mobile, à l'autre pièce, l'axe de mesure étant placé sur la droite de. Selon une autre caractéristique de l'invention, la liaison entre la partie mobile et le point d ou e correspondant d'au moins un capteur est obtenue à l'aide d'une bielle articulée sans jeu (articulations élastiques obtenues>par exemple, par amincissement des extrémités de la bielle), ladite bielle ayant une longueur importante par rapport aux déplacements transversaux possibles par rapport à la droite I cor- respondante des points d et e, lors de l'application des efforts à la poutre. Des modes de réalisation de l'invention seront décrits ci-après.à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une représentation schématique, dans l'espace> d'une poutre et des différents paramètres intervenant dans le procédé et le dispositif pour la mesure des efforts exercés sur cette poutre. _4 _ Les figures 2 et 3 représentent, en coupe longi- tudinale et en coupe transversale, un dispositif de mesure dans lequel le détecteur de mouvement est situé à l'extérieur de la poutre. Les figures 4 et 5 représentent en coupe dans le plan Xy (figure 4) et dans le plan ZX (figure 5) un dispositif de mesure dans lequel le détecteur de mouvement est situé à l'intérieur de la poutre. Les figures 6 et 7 représentent, en coupe schéma- tique à plus grande échelle, le détecteur de mouvement selon deux positions différentes. Dans l'exemple- représenté figure 1, la poutre 1, de forme quelconque présente, dans sa partie centrale un tronçon T répondant aux caractéristiques requises par le procédé selon l'invention. Ce tronçon conprend donc une fibre neutre 2 sensiblement rectiligne et se trouve limité par deux plans A et B respectivement perpendiculaires à cette fibre neutre 2 aux points a et b On rappelle que l'invention a pour but de déter- miner dans cette poutre: - d'une part, la composante suivant l'axe X passant par les points a,b du moment m du couple résultant 1 au point b des efforts appliqués à la poutre en dehors du tronçon T, au delà du plan B, et/ou, - d'autre part, de la composante f suivant au moins une direction o de la force résultante F des efforts appliqués à la poutre, du même c8té du tronçon T A cet effet on détermine un plan D passant par une droite il. qui est laxe instantané de rotation du plan B par rapport au plan A lorsque les efforts appliqués à la poutre en dehors du tronçon T, au delà du plan B, se réduisent à un couple de moment perpen- diculaire au segment ab. On choisit ensuite dans ce plan D une droite " prédéterminée, de même direction que o est creuse. Comme précédemment mentionné, les composantes f et m se déduisent de la mesure de la composante parallèle à la droite i des déplacements relatifs du point d par rapport au point e, pour chaque groupe de points. Ceci résulte du fait que le déplacement t mesuré, lorsque la droite, est à une distance c de la fibre neutre 2 est de la forme: t = K1f + K2.cM (1) dans laquelle K1 et K2 sont des coefficients résultant des dimensions et du matériau de la poutre dans le tronçon T. Ainsi si l'on choisit une droite i passant par la fibre neutre, la distance c est nulle et l'expression (1) devient: = Kf (2) c'est à dire que la composante f est directement propor- tionnelle au déplacement t. Par contre, si l'on désire obtenir à la fois les composantes m et f, il est alors nécessaire de faire intervenir au moins deux couples de points de et dt, et, respectivement portés par des axes / et j'parallèles à la droite ( et situés dans le plan D. On obtient donc deux valeurs et qui sont-des fonctions linéaires de la forme (t = K1f + K2c m (axef) î'= K1f + K2ct mI (axe) dans lesquelles c' est la distance de leaxei9'à la fibre neutre. De ces deux équations il est alors facile d'obtenir les composantes m et f. Il est clair qu'en vue d'augmenter la fiabilité - 6 de ce résultat, il est possible d'utiliser n couples de points d,e portés par n azes /9 parallèles de manière à obtenir n fonctions linéaires redondantes de la forme: % = K1f + K2 n m à partir desquelles on obtient les valeurs des composantes f et m. Dans l'exemple représenté figures 2 et 3, la poutre 6 sur laquelle on désire effectuer la mesure des composante f et m, est pleine et,en conséquence, l'axe IQ portant les points d et e est choisi à l'extérieur de la poutre 6. Dans cet exemple les plans A et B délimitant le tronçon T dans lequel la fibre neutre 7 est rectiligne sont matérialisés par deux supports8,9 respectifs soli- darisés à la poutre 6 au niveau de ces deux plans. Sur chacun de ces supports 8,9 est fixé un bras 10,11 s'étendant axialement, en direction l'un de l'autre, et dont l'un 10 porte à son extrémité le corps 12 d'un capteur de déplacement et l'autre 11, un élément de transmission 13 relié à la partie mobile du capteur. Cet élément de transmission 13 peut avantageusement consister en une bielle présentant, au voisinage de chacune de ses extrémités, une articulation sans jeu ee (articulation obtenue par amincissement de la bielle aux emplacements choisis) les points d et e étant respective- ment matérialisés par l'articulation e et par un point de référence lié au corps 12 du capteur. Cette bielle doit nécessairement présenter une longueur importante par rapport aux déplacements transversaux relatifs possiblespar rapport à l'axe lors de l'application des efforts à la poutre 6. Cette disposition permet d'éviter les erreurs de mesure et les contraintes transversales du capteur si celui-ci n'est pas intrinsèquement prévu pour les éliminer. Avec référence aux figures 4 et 5, le dispositif de mesure est disposé à l'intérieur d'un tronçon de poutre creuse 15 dans lequel la fibre neutre 16 est sensiblement rectiligne. Ce tronçon est délimité par - 7- deux plans parallèle A,B perpendiculaires à cette fibre neutre 16 et passant par les points de fixation de deux éléments transversaux 17,18 montés à l'intérieur de la poutre 15. Dans l'exemple représenté ces points de fixation sont les centres de deux protubérances hémisphériques 19,20 prévues en deux points opposés de la périphérie de chacun des éléments transversaux 17,18, qui s'engagent respectivement dans deux fraisages coniques 21,22 ménagés dans la paroi interne de la poutre 15. Pour permettre ltengagement de ces deux protubérances hémisphériquesl9,20 dans leur fraisage 21,22 respectifs, l'une d'entre elles est montée sur l'élément transversal 17,18 par l'intermédiaire d'un élément élastique 23 pouvant par exemple consister en un élément de ressort en forme de U dont l'une des ailes 24 est solidaire de l'élément transversal 17,18 et dont l'autre aile 25 porte la susdite protubérance 20. Sur l'un des éléments trans- versaux 17,18 est monté le corps d'un capteur prévu pour détecter les déplacements en rotation de sa tige' mobile dans un plan perpendiculaire au plan Deet passant par les points d et e. L'autre élément transversal comprend un bras 27 relié par son extrémité à la tige mobile 28, par l'intermédiaire d'un élément de transmission 29 du type de celui précé- demment décrit. Pour éviter toute possibilité de rotation relative notoire des éléments transversaux 17,18 autour des axes joignantsleurs-deux points de fixation respectif ces deux éléments sont en outre reliés au moyen d'une- liaison 30 élastique en flexion. Le fonctionnement de ce dispositif apparatt plus clairement sur les figures 6 et 7. Au repos (figure 6), l'élément de transmission 29 est axé dans le plan D, les points d et e étant matéria- lisés d'une part par la charnière élastique 31 et d'autre part par l'intersection de l'axe 32 du capteur avec l'axe de l'élément 29, c'est-àdire, dans l'exemple représenté figure 6, par la position de la charnière 33. Lorsqu'elle se trouve soumise à des efforts, la poutre 15 se déforme, entraînant ainsi des variations de position et d'inclinaison du plan B par rapport au plan A, et, en conséquence=un déplacement relatif tdu point d par rapport au point ese traduisant par une rotation d'un angle O de la tige du capteur par rapport à son corps. Il est clair que ce fonctionnement est rendu possible que grâce à l'effet de rotule sans Jeu des charnières élastiques 31 et 33 _9_ REVENDICATIONS 1.- Dispositif pour la mesure d'au moins une composan- te des efforts exercés sur une poutre de forme quelconque, de part ou d'autre d'un tronçon T de ladite poutre, et dans laquelle: - on choisit le tronçon T de telle sorte que, d'une part, sa fibre neutre soit sensiblement rectiligne, ledit tronçon étant limité par deux plans A et B perpendiculaires à la fibre neutre aux points a et b respectivement, et que, d'autre part, les ellipses d'inertie des sections droites de T soient proches de la circularité, et de sorte qu'en outre les efforts qui lui sont appliqués, à l'exclusion de ceux qui lui sont transmis par le reste de la poutre, en- trainent des déplacements négligeables de la section A par rapport à la section B. - on choisit au moins une droite î prédétermindej dans un plan D perpendiculaire à ab, et, dans ce plan D, sur au moins une parallèle prédéterminée [^ à la droite Ot, *n choisit un groupe de deux points d et e situés sur la droite k5en l'absence d'efforts appliqués à la poutre, le plan D passant par une droite At qui est l'axe instantané de rotation du plan B par rapport au plan A lorsque les efforts appliqués à la poutre en dehors du tronçon T au- delà du plan B se réduisent à un couple de moment perpen- diculaire à ab. - Dispositif caractérisé en ce qu'il comprend des moyens permettant de rendre le point d solidaire du plan A de la poutre et le point e solidaire du plan B de la poutre, les liaisons étant telles que les déplacements re- latifs du point d par rapport au point e parallèlement à B présentent une hystérésis négligeable lorsque la poutre est soumise à des efforts répétés. - des moyens permettant de mesurer la composante parallèle à la droite C( correspondante des déplacements relatifs du point d par rapport au point e pour chaque groupe de deux points. - et des moyens permettant de déduire du résultat d'au moins une de ces mesures la composant suivant ab du moment - 10- m du couple résultant au point b des efforts appliqués à la poutre en dehors du tronçon T au-delà du plan B, et, ou de la composante f suivant au moins une direction d de la force résultante des efforts appliqués à la poutre du même c8té du tronçon T. 2.- Dispositif selon la revendication 1, permettant d'obtenir, par une seule mesure, la composante f suivant l'une des directions " prédéterminée, de la force F résul- tante des efforts appliqués à la poutre, en dehors du tron- çon T, au-delà du plan B, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un capteur associé à un seul couple de points d.e situés de telle manière que la droite A rencontre l'axe ab. 3.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs capteurs associés à plusieurs couples de points, d, e, affectés à plusieurs parallèles " situées à des distances c du segment abu, algébriquement n différentes, pour au moins l'une des directions L, afin d'obtenir des fonctions linéaires redondantes de la forme: T= K1f + K2n-m et en ce qu'il comprend des moyens permettant à partir des- dites fonctions d'obtenir les valeurs de f et de ut étant le déplacement relatif du nième couple de points de, K1 et K2 étant des coefficients résultant des dimensions et du matériau de la poutre dans le tronçon T, c étant la distance à la fibre neutre de la nième paral- n lèle. 4.- Dispositif selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce qu'il comprend une première pièce rigide 4 liée à la section A de la poutre, une deuxième pièce rigide 3 liée à la section B de la poutre, des cap- teurs de déplacement rectiligne 12, correspondant à chaque groupe de points d,e, dont le corps est relié à l'une de ces deux pièces, et la partie mobile, à l'autre pièce, l'axe de mesure étant placé sur la droite de. 5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la liaison entre la partie mobile et le point d ou e correspondant d'au moins un capteur 12 est obtenue à l'aide d'une bielle articulée sans jeu, 13, dont les -1 1 - articulations élastiques sont obtenues, par exemple, par amincissement des extrémités de la bielle, ladite bielle 13 ayant une longueur, importante par rapport aux déplacements transversaux possibles par rapport à la droite P correspondante des points d et e, lors de l'application des efforts à la poutre. 6.- Dispositif pour la mesure d'au moins ume com- posante des efforts exercés sur une poutre creuse de part et d'autre d'un tronçon T dont la fibre neutre est sensiblement rectiligne, ce tronçon étant délimité par deux plans A et B perpendiculaires à cette fibre neutre, caractérisé en ce que les deux plans A et B sont matérialisés par les points de fixation 19, 21, , 22 de deux éléments transversaux 17, 18 montés à l'intérieur de la poutre et dont l'un porte le corps d'un capteur 26 de déplacement tandis que l'autre est relié à la tige mobile 28 du capteur 26 par ltintermé- diaire d'un élément de transmission 29 axé sur une parallèle. 7.Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les susdits points de fixation consistent en au moins deux protubérances hémisphériques 19, 20, prévues à la périphérie de chacun des éléments trans- versaux 17, 18 qui s'engagent respectivement dans des évidements de révolution correspondants 21, 22 de préférence coniques, ménagés dans la paroi de la poutre. 8.- Dispositif selon l'une des-revendications 5 et 6, caractérisé en ce que les susdits éléments transver- saux 17, 18 sont reliés au moyen d'au moins une liaison 30 élastique en flexion.