Brevet FR2655421A1 — publié le 19910607

Le dispositif qui fait l'objet de l'invention est un banc de traction et de flexion qui concerne la mesure de caractéristiques mécaniques d'éprouvettes en métaux ou alliages métalliques, matières plastiques, matériaux composites ou autres matériaux et la déformation de poutres simples. On connaît de très nombreux dispositifs permettant de faire des mesures de traction ou de flexion sur toutes sortes d'éprouvettes métalliques ou non Les dispositifs sont le plus souvent adaptés à des travaux de recherche ou, au contraire, à la réalisation de contrôles industriels en série Ils conviennent 1 i O en général assez mal à la réalisation d'expériences dans un but didactique à cause de leur relative complexité qui ne facilite pas leur mise en oeuvre par des élèves De plus, ces dispositifs conviennent mal pour faire apparaître les mécanismes de base qui régissent la déformation des métaux ou autres matériaux, de façon claire Enfin, dans pratiquement tous les cas, ces dispositifs sont trop coûteux pour les réserver à des expériences élémentaires, réalisées uniquement pour l'enseignement de notion de base. On a recherché la possibilité de réaliser un dispositif, permettant d'effectuer des essais de traction ou de flexion, de structure simple et peu coûteux, dépourvu de tout mécanisme complexe, apte à fonctionner sans moyen moteur, aussi bien pour déformer les éprouvettes que pour suivre cette déformation On a recherché en même temps, la possibilité de réaliser un dispositif permettant de faire des mesures avec une précision suffisante pour pouvoir exploiter celles-ci de façon valable. Le dispositif qui fait l'objet de l'invention permet d'atteindre l'ensemble de ces résultats. Le dispositif est un banc qui permet d'effectuer des essais mécaniques de traction ou de flexion sur différents types d'éprouvettes Ce dispositif permet d'appliquer des gammes de charges dans un large domaine, afin de mesurer la variation d'au moins une caractéristique dimensionnelle Ce banc comporte un châssis triangulaire dont l'un des trois côtés est muni d'une poutre dynamométrique qui lui est parallèle Cette poutre est reliée au châssis à chacune de ses extrémités En son milieu, elle est reliée, par l'intermédiaire d'un moyen de traction, à une tête de traction qui permet d'exercer une force de traction réglable suivant un axe situé dans le plan de châssis et sensiblement perpendiculaire à la partie dynamométrique La tête de traction comporte des moyens de liaison avec une éprouvette de traction ou de flexion elle-même reliée de façon directe ou indirecte au châssis On détermine la force de traction appliquée à l'éprouvette par mesure de la flexion de la poutre dynamométrique. Le moyen de traction, qui permet de tirer sur la tête de traction reliée à l'éprouvette en prenant appui sur le milieu de la poutre dynamométrique est, de préférence, un système vis-écrou commandé par une manivelle. Dans le cas d'une éprouvette pour essai de traction, l'une des deux extrémités de cette éprouvette est reliée à la tête de traction et l'autre à une tête de retenue raccordée au sommet du châssis opposé au côté qui comporte la poutre dynamométrique Avantageusement, les éprouvettes de 1 i O traction sont munies de têtes aptes à se raccorder à la tête de traction ou à la tête de retenue au moyen d'une goupille. Dans le cas des essais de flexion, on utilise une éprouvette allongée, disposée parallèlement à la poutre dynamométrique, pour intersecter les côtés du châssis adjacent à celui qui comporte cette poutre La tête de traction saisit, de façon directe ou indirecte, l'éprouvette à son point d'intersection avec la droite perpendiculaire à la poutre dynamométrique et issue du sommet opposé du châssis Cette éprouvette est calée sur les deux côtés dû châssis qu'elle intersecte par des butées disposées de façon à assurer son appui au cours de l'essai de flexion Avantageusement, chaque côté du châssis est constitué par deux fers plats disposés parallèlement l'un au-dessus de l'autre et maintenus à la distance voulue par des entretoises Il est ainsi possible de loger dans un côté du châssis la poutre dynamométrique et d'engager les extrémités des éprouvettes de flexion entre les deux fers plats de chacun des côtés adjacents Ceci permet, en particulier, d'assurer facilement le calage des éprouvettes de flexion par au moins une paire de plots formant butée Le châssis est de préférence un triangle équilatéral Cependant, pour certaines utilisations, on peut avoir besoin d'utiliser un châssis dont le côté qui comporte la poutre dynamométrique a une dimension différente de celle des deux autres côtés. La mesure de flexion de la poutre dynamométrique est de préférence effectuée par un comparateur mécanique qui prend appui sur le châssis Les mesures d'allongement de l'éprouvette de traction sont aussi effectuées par des comparateurs mécaniques qui mesurent le déplacement des têtes des éprouvettes en prenant appui sur le châssis La mesure de la flexion de l'éprouvette de flexion est également effectuée au moyen d'un comparateur mécanique. Pour certaines applications, il est possible de substituer aux comparateurs mécaniques d'autres moyens de mesure C'est ainsi que la flexion de la poutre dynamométrique peut être mesurée au moyen de jauges de déformations ou encore par d'autres moyens. Les exemples et les figures ci-après décrivent de façon non limitative des modes particuliers de réalisation du dispositif suivant l'invention. La figure 1 est une vue schématique, de dessus, du dispositif suivant l'invention aménagé en banc de traction. La figure 2 est une vue de côté, agrandie et plus détaillée, suivant le plan de 1 i O coupe A-A perpendiculaire à celui de la figure 1 et parallèle à l'axe de traction Xl-Xl, d'une partie du dispositif. La figure 3 est une vue schématique, de dessus, du dispositif suivant l'invention aménagé en banc de flexion. La figure 4 est une vue de côté suivant la flèche F de la tige de liaison de la figure 3. La figuré 1 est une vue d'ensemble, de dessus, purement schématique, du dispositif suivant l'invention aménagé en banc de traction Il comporte un châssis triangulaire apte à prendre appui sur un support plan horizontal, au moyen de trois pieds non représentés Le châssis comprend trois côtés égaux ( 1), ( 2), ( 3) constitués chacun par deux fers plats, tels que l A et 1 B (voir figure 2) disposés parallèlement, l'un au-dessus de l'autre, seuls les fers supérieurs l A, 2 A, 3 A étant visibles sur la figure 1 Les fers sont maintenus à des écartements déterminés, grâce à des entretoises non représentées, placées aux trois sommets ( 4), ( 5), ( 6) du triangle, qui entourent les tiges de liaison 4 A, 5 A, 6 A Le côté ( 1) du châssis comporte une poutre dynamométrique ( 7), logée entre les deux fers plats l A, l B, placée sur chant Les extrémités de cette poutre ( 7) sont percées de trous non représentés, traversés par les tiges de liaison 4 A et 6 A Comme le montre la figure 2, cette poutre ( 7) est traversée en son milieu par la tige de mise en charge ( 8) entraînée en rotation par le volant ( 9) Cette tige ( 8) actionne le moyen de traction ( 10), constitué par un système vis-écrou, comprenant une vis ( 11), prolongeant la tige ( 8), engagée dans un écrou ( 12); cet écrou ( 12) est lui-même monté en rotation autour d'un axe X 2-X 2 par des pivots ( 13) et ( 14), engagés dans des portées réalisées dans l'étrier ( 15), qui constitue une tête de traction On voit que la rotation du volant ( 9) permet d'effectuer une traction sur l'éprouvette ( 16), dont la tête ( 17) est reliée à la pièce de liaison ( 18) de l'étrier ( 15) par la goupille ( 19) La force de traction exercée sur la tige de mise en charge ( 8) est transmise à la poutre dynamométrique ( 7) par l'épaulement ( 20) de la tige de mise en charge ( 8). La déformation élastique de la poutre ( 7) qui en résulte, se traduit par une flèche qu'un comparateur mécanique ( 21), fixé au bord du fer plat inférieur 1 B, permet de mesurer en un point déterminé de cette poutre dynamométrique ( 7) Grâce à un étalonnage préalable, la valeur de la flèche ainsi mesurée permet de connaître la force appliquée par la tige ( 8) au 1 O milieu de la poutre dynamométrique ( 7) L'extrémité de l'éprouvette de traction ( 16), éloignée de l'étrier ( 15), est munie d'une tête ( 22) raccordée à une pièce de liaison ( 23), accrochée à la tige de liaison SA du sommet ( 5) du châssis Des comparateurs mécaniques ( 24), ( 25), portés par des bras fixes non représentés qui sont en appui sur le châssis, permettent de 1 5 mesurer le déplacement des têtes ( 17) et ( 22) de l'éprouvette ( 16) pendant l'essai de traction. On remarque qu'il est aussi possible de mesurer l'allongement de l'éprouvette ( 16) au moyen de jauges de déformations ou d'extensomètres. On peut aussi substituer au moyen de traction ( 10) par vis et écrou, un autre moyen de traction, tel que par exemple, un vérin hydraulique. L'entraînement de la tige de mise en charge ( 8) peut être effectué par un système de motorisation au lieu du volant ( 9) Enfin, des jauges de déformations peuvent être utilisées pour mesurer la flexion de la poutre dynamométrique ( 7). La figure 3 représente, de façon schématique, le dispositif suivant l'invention aménagé en banc de flexion Pour cela, on met en oeuvre une éprouvette de flexion ( 26), de section parallélépipédique ou autre, dont on engage les extrémités entre les fers plats 2 A, 2 B et 3 A, 3 B des côtés ( 2) et ( 3) du châssis, de façon à les caler contre des butées, telles que ( 27), ( 28) qui orientent l'éprouvette parallèlement au côté 1 du châssis et déterminent la longueur de mesure entre appuis On relie à la pièce de liaison ( 18) de l'étrier ( 15), la tête ( 29) voir figure 4 d'une chappe de flexion ( 30) Elle comporte au moins un plot de poussée ( 31) qui vient en appui contre l'éprouvette de flexion ( 26) à mi-distance des butées ( 27), ( 28) Ainsi, en effectuant la traction voulue sur l'étrier ( 15) par le volant ( 9), on déforme l'éprouvette ( 26) en flexion On détermine la charge appliquée par mesure de la flèche de la poutre dynamométrique ( 7) au moyen du comparateur 2655421 ( 21) On mesure la flexion de l'éprouvette ( 26) au moyen du comparateur ( 32) tenu par un bras fixe non représenté et solidaire du châssis On peut, comme le montre la figure 3, faire cette mesure sur le plot de poussée ( 31). D'autres butées, telles que ( 33), ( 34), pour faire varier la distance entre appuis, peuvent être utilisées On munit alors la chappe de flexion ( 30) d'un plot de poussée supplémentaire ( 35) convenablement placé. D'autres types d'essais peuvent aussi être effectués au moyen de ce banc de flexion On peut, en particulier, faire des essais de flexion sur éprouvette encastrée à une seule extrémité Une telle éprouvette est alors montée 1 i O parallèlement au côté ( 1) et encastrée par une seule de ses deux extrémités, dans un des deux côtés ( 2) ou ( 3) du châssis. Bien que les exemples qui viennent d'être donnés concernent un châssis en forme de triangle équilatéral, on peut envisager pour certaines applications d'utiliser un châssis dont la longueur du côté ( 1) qui comporte la poutre dynamométrique ( 7), est différente de celle des deux autres. De très nombreux autres types d'essais mécaniques peuvent enfin être effectués au moyen du banc suivant l'invention De très nombreuses modifications peuvent être apportées à ce banc qui ne sortent pas du domaine de l'invention. Revendications 1) Dispositif permettant d'effectuer des essais mécaniques sur des éprouvettes, avec application sur celles-ci de charges déterminées, afin de mesurer la variation d'au moins une caractéristique dimensionnelle, caractérisé en ce qu'il comporte un châssis triangulaire dont l'un des côtés ( 1) est muni d'une poutre dynamométrique ( 7), qui lui est parallèle et reliée au châssis à chacune de ses extrémités, cette poutre étant reliée en son milieu, par l'intermédiaire d'un moyen de traction ( 10), à une tête de traction ( 15) qui permet d'exercer une force de traction réglable 1 i O suivant un axe sensiblement perpendiculaire à la poutre dynamométrique dans le plan du châssis, cette tête de traction ( 15) comportant des moyens de liaison ( 18) avec une éprouvette ( 16), ( 26), elle-même reliée de façon directe ou indirecte au châssis, la force de traction appliquée à l'éprouvette étant elle-même déterminée par mesure de la flexion de la poutre dynamométrique. 2) Dispositif suivant revendication 1 caractérisé en ce que le moyen qui effectue la traction de la tête de traction ( 15), en prenant appui sur le milieu de la poutre dynamométrique ( 7), est un système vis-écrou ( 11) , commandé par un volant ( 9). 3) Dispositif suivant revendication 1 ou 2 caractérisé en ce qu'afin d'effectuer des essais de traction sur des éprouvettes allongées, disposées suivant l'axe de traction, la tête de traction ( 15) comporte un moyen de liaison ( 18) permettant de saisir, de façon directe ou indirecte, l'une des deux extrémités de l'éprouvette et en ce que l'autre extrémité de celle-ci est reliée, de façon directe ou indirecte à une tête de retenue ( 2), raccordée au sommet ( 5) du châssis opposé au côté ( 1), qui comporte la poutre dynamométrique ( 7). 4) Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que pour effectuer des essais de flexion sur une éprouvette ( 26) allongée, disposée parallèlement à la poutre dynamométrique, de façon à intersecter les côtés ( 2), ( 3) du châssis, adjacents à celui ( 1) qui comporte cette poutre, la tête de traction ( 15) comporte un moyen de liaison ( 30) permettant de saisir, de façon directe ou indirecte, l'éprouvette à son point d'intersection avec la droite Xl-Xl, perpendiculaire à la poutre dynamométrique ( 7) et issue du sommet opposé ( 5) du châssis et en ce qu'une paire de moyen de butée ( 24), ( 28) est disposée sur les deux côtés ( 2), ( 3) du châssis, intersectés par 7 2655421 l'éprouvette de façon à assurer l'appui de celle-ci au cours de l'essai de flexion. ) Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le moyen de mesure de la flexion de la poutre dynamométrique ( 7) est un comparateur mécanique ( 21) qui permet de mesurer la flèche de la poutre dynamométrique par rapport au côté ( 1) du châssis qui en est muni. 6) Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le moyen de mesure de l'allongement de l'éprouvette de traction ( 16) est au 1 i O moins un comparateur mécanique ( 24), ( 25) qui permet de mesurer le déplacement d'au moins une extrémité de l'éprouvette par rapport au châssis. 7) Dispositif suivant revendication 4 caractérisé en ce qu'on mesure la flexion de l'éprouvette ( 26) au moyen d'un comparateur mécanique ( 32). 8) Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que chaque côté du châssis est constitué par deux fers plats, tels que 1 A, 1 B, disposés parallèlement l'un au-dessus de l'autre et maintenus à distance voulue par des entretoises. 9) Dispositif suivant revendication 8 caractérisé en ce que la poutre dynamométrique ( 7) est logée entre les deux fers plats l A, 1 B d'un côté ( 1) du châssis. 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