Brevet FR2600418A1 — publié le 19871224

La présente invention concerne un procédé de mesure des contraintes principales dans des substrats transparents, ayant des propriétés photoélastiques, assemblés par collage pour constituer une éprouvette de traction. Il est connu d'utiliser actuellement, pour la mesure des contraintes principales dans oes éprouvettes de traction, la méthode extensométrique qui fait appel à des jauges de contrainte fixées, a distance les unes des autres, en des endroits appropriés à l'extérieur de l'éprouvette. Une telle lU méthode présente l'inconvénient que la mise en place des jauges de contrainte externe peut perturber localement l'état de contrainte des substrats sur lesquels elles sont appliquées. Par ailleurs cette méthode ne permet pas de mesurer avec précision la répartition des contraintes dans 15 des substrats assembles par collage et éventuellenment au sein méme du liant assurant le collage. On sait également mesurer, par photoélasticimétrie, la différence des contraintes principales en différents point d'une éprouvette de traction en un matériau transpa20 rert présentant des propriétés de biréfringenoe lorsqu'il est soumis à une traction. Toutefois cette metriodc n'a été appliquée jusqu'à ce jour qu'à des éprouvettes d'une seule pièce La présente invention vise à étendre ce dernier 25 proctéde de mesure à des éprouvettes de traction consLiLues de substrats collés, ce qui permet d'obtenir une mesure précise des diverses contrain es, au repos et sous sollicitation, dans les substrats. A cet effet:ce procédé de mesure des contraintes 30 principeles dans des substrats transparents, ayant de propriétes photoélastiques, assemblés par collage pour constituer une éprouvette de traction, est caractérisé en ce qu'on mesure successivement, par photoélasticimétrie, d'abord la biréfringence due aux contraintes d'usinage qui existent 35 dans chaque substrat individuel tel qu'il se présente après usinage, puis la biréfringence due aux contraintes principales dans les substrats collés de l'éprouvette alcrs que celle-ci est sollicitée en traction. Le procédé suivant l'invention permet ainsi par soustraction des biréfringences dues à l'usinage d'une part et aux efforts de traction appliqués d'autre part, de mesurer avec précision les seules contraintes dues à l'effort de traction. On décrira ci-après,à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention,en référence au dessin annexé sur lequel: La figure 1 est un schéma synoptique d'un appareil 10 mettant en oeuvre le procédé de mesure des contraintes principales suivant l'invention. La figure 2 est une vue en perspective d'une éprouvette de traction constituée par des subtrats assemblés par collage. La figure 3 est une vue en coupe transversale, par rapport au faisceau laser, de l'éprouvette de traction en cours de mesure. Le procédé suivant l'invention est mis en oeuvre dans un photoélasticimètre à deux dimensions comprenant une 20 source lumineuse 1 constituée par un laser émettant une lumière polarisée linéairement. Le faisceau laser émis passe ensuite à travers une lentille convergente 2 puis à travers une plaque quart d'onde X /4. Le faisceau lumineux de très petit diamètre, par exemple de O,Olmm, traverse une éprou25 vette de traction 4 qui est constituée de plusieurs éléments assemblés entre eux par collage. Cette éprouvette de traction 4 comporte, comme on peut -le mieux le voir sur les figures 2 et 3, deux barres parallèlépipédiques externes 5, 6, parallèles entre elles et entre lesquelles sont collées 30 des parties extrêmes de deux barres parallèlépipédiques internes 7,8 qui font saillie au-delà des extrémités des barres externes 5,6. Les substrats réalisés sous la forme des barres 5-8 sont réalisés en une matière transparente ayant des propriétés photoélastiques, par exemple en matière 35-connue sous le nom de "ALTUGLAS". L'assemblage des substrats constituant l'éprouvette de traction 4 est ainsi réalisé dans quatre zones de collage 9 correspondant aux parties en contact des substrats. L'éprouvette de traction 4 est portée verticalement par un support 10 sur lequel elle est soumise à un effort de traction vertical F par des moyens appropriés connus en eux-mêmes. Le support 10 peut être déplacé horizontalement et transversalement par rapport au faisceau 5 laser, dans la direction X, par un dispositif d'entra!nement approprié 11 et il peut être également déplacé verticalement, dans la direction Y, par un autre dispositif d'entrasnement 12, afin de faire varier à volonté les emplacements des points de mesure A dans les substrats de l'éprouvette. Le faisceau laser ayant traversé l'éprouvette de traction 4 passe à travers une plaque quart d'onde rotative et rétractable 13, puis un analyseur 14 constitué par un éllipsomètre quart d'onde. Cet ellipsomètre est connecté à un bloc de mesure électronique 15 qui délivre à sa sortie 15 deux signaux de mesure à savoir un signal 20Q et un signal sin t. Les mesures courantes en photoélastieimétrie permettent de caractériser, de la manière classique, les deux contraintes principales Nl et N2 dans l'éprouvette. Le si20 gnal 2 permet de caractériser l'angles qui correspond à l'angle que fait la contrainte principale Nl (figure 3) avec la direction horizontale et transversale X2, c'est-à-dire dans le sens de l'épaisseur des substrats, en un point quelconque A de l'éprouvette. Cet angle Gest obtenu à partir 25 de la mesure de 2 " par les relations bien connues: pour 0 = Nl-N2. Le procédé suivant l'invention permet de corriger la mesure de la différence des contraintes principales N1 et N2 dans les substrats en éliminant les contraintes rési35 duelles engendrées par l'élaboration physicochimique des subjectiles des substrats. En premier lieu, avant la fabrication de l'éprouvette par collage des substrats, on mesure respectivement, à partir des valeurs et2X, la biréfringence initiale du substrat et son orientation par rapport à l'axe de référence X2. Après avoir réalisé le collage de l'éprouvette de traction 4, on applique la sollicitation de traction pure qui engendre, dans les substrats de l'éprouvette 5 de traction optimisée, des contraintes de traction-compression suivant l'axe Xl. La biréfringence créée par l'usinage caractérise des contraintes de compression suivant l'axe Xl. Celle créée par l'effort de traction F caractérise les contraintes de traction-compression orientées aussi suivant 10 l'axe Xl. Par conséquent on peut déduire la biréfringence d'usinage de celle créée par l'effort de traction F et déterminer avec une grande précision la différence des contraintes principales, dues à l'effort de traction F, au sein des substrats assemblés par collage. Cette opération étant 15 réalisée, on obtient alors, par séparation, les contraintes principales engendrées par l'effort de traction F. En premier lieu, avant la fabrication de l'éprouvette par collage des substrats, on mesure, à partir des valeurs 2 et les contraintes principales des substrats qui 20 résultent de l'usinage. On procède ensuite au collage et on mesure ces mêmes contraintes principales après collage des substrats 5-8 pour constituer l'éprouvette 4, sans soumettre celle-ci à un effort. Enfin on procède aux mêmes mesures au cours d'un essai en traction de l'éprouvette 4. À25 On peut ainsi procéder à une analyse particulière- ment fine des contraintes principales apparaissant lors d'une sollicitation en traction, en faisant abstraction des contraintes statiques dues à l'usinage et au collage. Le procédé suivant l'invention permet également de 30 caractériser l'ancrage de l'adhésif sur son subjectile c'est-à-dire sur la zone du substrat, élaborée chimiquement et/ou mécaniquement, sur laquelle a lieu le collage. La caractérisation de l'adhésif s'effectue à partir de la courbe donnant la variation des contraintes dans l'épaisseur du 35 substrat, c'est-à-dire suivant l'axe X2. Cette courbe varie en particulier avec la rugosité des subjectiles. Elle permet donc de contrôler l'optimisation de la géométrie du subjec- tile rugueux pour l'adapter aux charges minérales ou autres, nodules sphériques, élastomère etc.., contenues dans l'adhésif le cas échéant. Bien que le procédé suivant l'invention ait été 5 décrit à propos de la mesure des contraintes dans une éprouvette 4 constituées des quatre barres parallèlépipédiques 5-8 collées, il va de soi qu'il peut être appliqué à n'importe quel type d'éprouvette constituée de substrats photoélastiques transparents collés. REVENDICATIONS 1.- Procédé de mesure des contraintes principales dans des substrats transparents, ayant des propriétés photoélastiques, assemblés par collage pour constituer une 5 éprouvette de traction, caractérisé en ce qu'on mesure successivement, par photoélasticimétrie, d'abord la biréfringence due aux contraintes d'usinage qui existent dans chaque substrat individuel (5-8) tel qu'il se présente après usinage, puis la biréfringence due aux contraintes princi10 pales apparaissant dans les substrats collés de l'éprouvette (4) alors que celle-ci est sollicitée en traction. 2.- Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'on caractérise l'ancrage de l'adhésif sur le substrat, en fonction des propriétés physicochimiques des sub15 jectiles et de la colle utilisée, à partir des courbes représentant la variation des contraintes suivant un axe (X2) s'étendant dans le sens de l'épaisseur du substrat.