Brevet FR2607929A1 — publié le 19880610

La présente invention concerne un appareil portable permettant d'effectuer cinq types d'essais mécaniques uniaxiaux à faible contrainte sur tissus mous en forme de plaque, notamment la peau humaine in vivo. Dans les dispositifs connus de ce genre, l'organe de puissance fait corps avec l'applicateur de charge. De tels dispositifs sont inadaptés à une mesure précise des propriétés mécaniques des tissus mous, car le poids de l'appareil implique au niveau des patins une pression non négligeable sur le tissu au moment des essais. En effet cette pression modifie l'état structural du tissu soumis à sollicitation et fausse la mesure de ses propriétés mécaniques. Les dispositifs existants, en raison de leur poids, nécessitent en plus d'être maintenus manuellement ou à l'aide d'un support mécanique lors des essais. Malgré cette précaution, la pression exercée ne peut être maintenue constante au cours d'un essai et peut difficilement être reproduite à une valeur identique pour des essais effectués sur des sites différents.D'autre part le moindre déplacement dû à un tremblement engendre une discontinuité de la mesure. De plus, les dispositifs existants en raison de leur imprécision, sont sans asservissement et ne permettent jamais plus de deux types d'essais mécaniques. L'appareil d'essais selon l'invention, destiné à la mesure des propriétés mécaniques d'une membrane de tissu mou, a pour but de pallier les inconvénients des dispositifs connus et de permettre des mesures plus précises. Il se caractérise par le fait que l'organe de puissance, composé d'un moteur associé à un système vis-écrou, transmet son mouvement de translation au patin mobile de l'applicateur de force par l'intermédiaire d'une liaison mécanique flexible constituée d'un câble coulissant dans une gaine. Un ressort placé à l'extrémité de la liaison côté applicateur de charge, entre le câble et la gaine, évite les problèmes de dilatation de gaine et permet ainsi de pouvoir effectuer la mesure de déplacement du patin mobile directement à partir de la rotation du moteur.Les deux patins de l'applicateur de charge sont liés entre-eux par un. guidage en en translation. La liaison mécanique flexible est constituée d'un câble coulissant dans une gaine. Le dispositif selon l'invention permet de diminuer considérablement la taille et le poids de l'applicateur de charge. Par conséquent, la pression exercée par les patins sur le tissu au moment des essais est très faible et ne perturbe pratiquement pas la mesure. Suivant une autre caractéristique de l'invention le déplacement du patin mobile est mesuré à partir de la rotation moteur. Selon une première variante, le moteur utilisé est un moteur pas à pas, aussi la mesure de déplacement peut être effectuée directement à partir du comptage des pas avec la rotation du moteur. La résolution sur la mesure de déplacement est dans ce cas fonction du nombre de pas par tour du moteur ainsi que le pas du système vis-écrou. Selon une seconde variante, le moteur est un moteur à courant continu classique. La mesure de déplacement du patin mobile peut être obtenue à partir d'un codeur incrémental couplé au moteur. L'appareil selon l'invention, en raison du faible poids de l'applicateur de charge, permet d'effectuer des essais avec un applicateur de charge libre (sans support) maintenu en place uniquement par le collage des patins sur le tissu. La force due à la résistance mécanique induite au niveau du tissu est mesurée grâce à deux jauges de contrainte collées de part et d'autre de la poutre reliant le patin mobile à la liaision guidage de l'applicateur de charge. L'appareil selon l'invention, permet un asservissement sur la force induite et sur le déplacement du patin mobile. La figure 1 annexée est une vue en coupe verticale du dispositif selon la coupe AA de la figure 2. La figure 2 représente l'appareil vu de dessous. Tel qu'il est représenté, l'appareil est constitué - d'un applicateur de charge (1) fait d'un corps rigide (4), et de deux patins (5) et (6) respectivement fixe et mobile par rapport au corps. Le patin mobile (6), est guidé en translation sur le corps (4) par l'intermédiaire d'une liaison verrou (7). Une poutre (8) travaillant en flexion relie le patin mobile à l'élément de guidage (9) de la liaison verrou (7). Sur cette poutre, sont collées deux jagues de contrainte (10) et (11) dont la variation de résistance permet de mesurer la force induite sur le tissu au cours des essais. Le câble (12) servant à transmettre le mouvement imposé par le déplacement de l'écrou (15) est lié fixement à l'élément de guidage (9) solidaire du patin mobile (6). - de l'organe de transmission (2) constitué d'une liaison mécanique flexible flexible composée d'un câble (12) coulissant dans une gaîne (13) dont une extrémité est fixée au corps (4) de l'applicateur de charge (1), la seconde rendue solidaire de la carcasse du moteur (17). La précision du déplacement est d'une part liée à la précision de la vis (14) et de l'écrou (15) mais également à l'élasticité de la gaine (13), principalement lorsque la sollicitation imposée transmet une force de traction. En effet, la gaine utilisée est de type ressort à spires jointives qui a l'inconvénient de se déformer lorsqu'elle se trouve soumise à traction.Un ressort (16), de raideur nettement supérieure à cellule du tissu mesuré, inséré entre l'élément de guidage mobile (9) et l'extrémité de la gaine (13) fixée au corps (14) de l'applicateur de charge, précontraint au repos, exerce une compression permanente des spires de cette gaine. Cet artifice permet d'éviter tout allongement de la gaine ainsi que les rattrapages de jeux lors des inversions de mouvement. - de l'organe de puissance (3), composé d'un moteur (17) associé à un système vis-écrou (14)-(15) convertissant la rotation du moteur (17) en un mouvement de translation. La vis (14) est rendue solidaire de l'arbre (18) du moteur, tandis que l'écrou (15) solidaire de câble (12) est immobilisé en rotation uniquement par l'intermédiaire d'une butée (19) fixe par rapport à la carcasse du moteur. Pour effectuer un essai, les patins (5) et (6) sont collés sur le tissu soit à l'aide d'une colle de type "cyanoacrylate" soit à l'aide de ruban adhésif double-face. A l'état de repos, c'est-à-dire juste après collage et avant essai, les patins se trouvent espacés d'une distance initiale considérée comme "distance utile". Les patins ont une surface de contact plane, correspondant à l'aire de collage. Pour éviter des phénomènes de concentration de contrainte, ils ont une forme semi-elliptique, les coupes droites se faisant face et se situant de part et d'autre de la zone testée. Description des essais réalisables - Traction ou compression uniaxiale à vitesse de déformation constante imposée. Il suffit dans ce cas de commander le moteur pas à pas avec une vitesse de rotation constante correspondant à la vitesse de déformation choisie et de suivre l'évolution de la force induite par les patins sur le matériau en fonction de la déformation imposée. - Essai de relaxation : cet essai consiste à appliquer très rapidement un déplacement positif au patin mobile et de le maintenir ensuite constant. - Essai de recouvrance : cet essai fait suite â un essai de relaxation. Le déplacement du patin, mobile est ramené à une valeur plus faible ou simplement annulé. Pour l'essai de relaxation comme pour l'essai de recouvrance on mesure la force induite en fonction du temps. - Essai de fluage à force constante : le déplacement du patin mobile est asservi de manière à induire une force constante. - Essai de restauration : cet essai fait suite à un essai de fluage. La position du patin mobile est rapidement modifiée de manière à annuler la force. Son déplacement est ensuite asservi de manière à conserver la force induite nulle. Pour l'essai de fluage comme pour l'essai de restauration on mesure l'évolution du déplacement du patin mobile en fonction du temps à partir de la rotation du moteur. La commande du moteur ainsi que les asservissements sur la force et le déplacement sont gérés à partir d'un microprocesseur. Les signaux électriques correspondant à la mesure de la force et à celle du déplacement proviennent aussi d'un traitement électronique. L'appareil d'essais mécaniques, objet de l'invention, peut être utilisé dans tous les cas où il est nécessaire de rechercher les propriétés biomécaniques d'un tissu mou. Cette recherche consiste soit à une évaluation de constantes liées à des états de contrainte ou de déformation, soit à la détermination de paramètres intrinsèques liés au comportement biomécanique du tissu permettant d'accéder à une modèlisation de ce comportement. Cet appareil peut être utilisé en laboratoire aussi bien dans le domaine biomédical qu'industriel, pour l'évaluation des propriétés mécaniques de nombreux matériaux viscoélastiques. REVENDICATIONS 1. Appareil d'essais mécaniques uniaxiaux à faible contrainte adapté à la mesure in situ des tissus mous, caractérisé par le fait que l'organe de puissance composé d'un moteur (17) associé à un système vis-écrou (14)-(15) pilote à distance l'applicateur de charge (1) constitué de deux patins (5) et (6). 2. Appareil d'essais mécaniques uniaxiaux selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'organe de transmission de mouvement entre le système vis-écrou (14)-(15) et l'applicateur de charge (1) est une liaison flexible, constituée d'un câble (12) coulissant dans une gaine (13). 3. Appareil d'essais mécaniques uniaxiaux selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'un ressort, de raideur très supérieure à celle du matériau testé, inséré entre le câble (12) et l'extrémité de la gaine (13), supprime en partie les allongements de la liaison flexible et empêche les rattrapages de jeux. 4. Appareil d'essais mécaniques uniaxiaux selon la revendication 3, caractérisé en ce que la mesure de déplacement du patin mobile (6) s'effectue à partir de la rotation moteur. 5. Appareil d'essais mécaniques uniaxiaux selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'aire de collage de chaque patin avec le tissu est de forme générale semi-elliptique.