Brevet FR2654833A1 — publié le 19910524

L'invention concerne un dispositif apte à permettre la mesure des propriétés mécaniques d'un échantillon et notamment d'un échantillon textile. Par "propriétés mécaniques", on entend principale- ment, mais non limitativement, le fluage et la ténacité en traction. L'invention se rapporte plus particulièrement à un dispositif du type en question, apte à mesurer ces propriétés mécaniques selon une ou deux directions bien déterminées. Jusqu'à présent, lorsque l'on désire procéder à la mesure du fluage d'un matériau, selon l'une de ses directions principales, on utilise un dynamomètre dont les deux mâchoires enserrent les deux extrémités d'une bande découpée dans ce matériau La bande est découpée dans la direction selon laquelle on désire procéder à la mesure De fait, si l'on désire procéder à la mesure du fluage selon deux directions bien définies, notamment perpendiculaires, par exemple selon la trame et selon la chaine s'il s'agit d'un matériau textile, on doit effec- tuer deux mesures consécutives ou utiliser un dynamomètre bi-axial Ce type de dispositif est particulièrement coûteux car un tel appareil est en fait constitué de deux dynamomètres Il s'avère de plus relativement long et difficile à mettre en oeuvre, donc il est impensable de pouvoir diffuser en masse un tel dispositif. L'invention pallie ces inconvénients Elle propose un dispositif apte à mesurer les propriétés mécaniques, notamment le fluage, d'un matériau se présentant sous forme de bande, peu coûteux à réaliser, facile à mettre en oeuvre et aussi fiable qu'un dynamomètre. Ce dispositif, pour mesurer les propriétés mécani- ques d'un échantillon sous forme de bande fixée à ses extrémités entre deux mâchoires, se caractérise en ce qu'il comprend: un socle sur lequel repose ladite bande; deux cylindres de renvoi parallèles, disposés de part et d'autre du socle et sur lequel est renvoyé ladite bande, sur les deux extrémités libres de laquelle s'exer- ce une traction de même intensité par l'intermédiaire des mâchoires; deux biellettes pendulaires fixées respectivement d'une part aux mâchoires, et d'autre part à deux équerres par l'intermédiaire de deux chapes pendulaires, les deux équerres étant contenues dans le même plan, et solidaires de deux arbres parallèles, respectivement primaire et secondaire, et solidarisées entre elles au moyen d'un tirant dont les deux extrémités sont fixées aux équerres par l'intermédiaire de chapes, les deux équerres étant homothétiques l'une de l'autre dans le plan les conte- nant; un bras de levier, solidaire de l'arbre primaire, dont la direction est toujours parallèle à la direction définie par la droite passant par respectivement l'axe de rotation de l'arbre primaire et de l'arbre secondaire et, l'axe de pivotement des chapes solidarisant les biellet- tes aux équerres; un porte-poids, fixé à l'extrémité libre du bras de levier, et destiné à recevoir des masses de grandeur connues. En d'autres termes, la présente invention se carac- térise en ce que l'on associe entre eux des organes et éléments connus selon une architecture particulière, afin de générer au niveau des deux extrémités libres d'un échantillon sous forme de bande, une traction modulable de même intensité, ou un phénomène de fluage dont on peut alors mesurer les effets dans le temps. Avantageusement en pratique: les arbres primaires et secondaires sont montés sur des paliers munis de roulements à bille; la liaison des biellettes sur les mâchoires s'ef- fectue au moyen de rotules; les chapes sont fixées sur des roulements; le socle recevant l'échantillon est chauffant; la mesure des propriétés mécaniques, et notamment de fluage est effectuée au moyen d'un photomètre, ou tout système de traitement d'images, situé au-dessus du socle; les propriétés mécaniques sont mesurées selon deux directions perpendiculaires, la traction sur chacune des deux bandes perpendiculaires issues du matériau étant effectuée au moyen de deux dispositifs similaires à celui décrit précédemment et indépendant l'un de l'autre; les bras de levier sont verrouillés en position haute de manière indépendante au moyen d'un crochet muni d'une poignée agissant au niveau des arbres secondaires. La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent, ressortiront mieux de l'exemple de réalisation donné à titre indicatif et non limitatif à l'appui des figures annexées. La figure 1 est une vue schématique en perspective du dispositif conforme à l'invention, dans le cas de la mesure du fluage selon une seule direction. La figure 2 est une vue schématique en perspective du dispositif dans le cas de la mesure du fluage selon deux directions perpendiculaires. Les figures 3 et 4 représentent des vues schémati- ques partielles de l'organe de verrouillage du dispositif conforme à l'invention, respectivement en position opéra- tionnelle et en position escamotée. L'exemple décrit dans la figure 1 représente un dispositif apte à permettre la mesure du fluage d'un échantillon issu d'un matériau textile, par exemple d'une bache Cette mesure s'effectue selon une seule direction, par exemple selon la chaine. Une bande ( 1) de ce matériau est mise en place à plat sur le socle ( 2) Ce dernier est métallique et peut être avantageusement chauffant, notamment lorsque l'on désire effectuer des mesures de fluage en accéléré, per- mettant de la sorte une accélération du vieillissement du matériau, et donc d'observer sa tenue dans le temps. Avantageusement mais non nécessairement, la bande ( 1) est maintenue en place sur le socle ( 2) au moyen d'une plaque transparente, par exemple réalisée en matière plastique, de même surface que le socle ( 2) et fixée sur ce dernier au moyen de vis dont on a représenté les orifices de fixation ( 3). Les deux extrémités libres ( 6) et ( 7) de la bande ( 1) sont renvoyées sur des cylindres de renvoi ( 4) et ( 5) parallèles et libres en rotation Ces deux extrémités libres ( 6) et ( 7) sont respectivement fixées à deux mâchoires ( 8) et ( 9) auto-bloquantes et auto-serrantes, couramment utilisées pour les sangles de sécurité dans le domaine de l'automobile et de l'aviation. Chacune des deux mâchoires ( 8) et ( 9) est solidaire d'une équerre ( 14) et ( 15) et ce par l'intermédiaire d'une biellette ( 12) et ( 13) Ces biellettes sont avantageusement constituées d'un tendeur à vis, apte à assurer une légère pré-traction avant la mise en charge- ment, et à permettre une mise en place plus précise de la bande ( 1) sur le socle ( 2). Ces tendeurs à vis ( 12) et ( 13) sont fixés aux mâchoires ( 8) et ( 9) au moyen de rotules ( 10) et ( 11) pendulaires De la sorte, la traction exercée sur les deux extrémités ( 6) et ( 7) de la bande ( 1) d'un matériau dont on désire mesurer les propriétés mécaniques et notamment le fluage, est indépendante du positionnement de ladite bande dans les mâchoires De plus, cette rotule permet le débattement pendulaire de la bielle qui dans le cas d'espèces est limitée à quelques degrés. L'autre extrémité des tendeurs à vis ( 12) et ( 13) est fixée par l'intermédiaire d'une chape, respective- ment ( 16) et ( 17) à une équerre ( 14) et ( 15) Cette chape est également pendulaire et est fixée sur les équerres ( 14) et ( 15) par l'intermédiaire d'une rotule, afin de limiter au maximum les frottements éventuels. Les deux équerres ( 14) et ( 15) sont respectivement solidarisées à un arbre primaire ( 21) et secondaire ( 22), parallèles entre eux Ces deux arbres ( 21) et ( 22) sont fixés au bâti portant l'ensemble du dispositif au moyen de paliers à roulements à billes ( 23) et ( 24). Selon une caractéristique importante de l'invention, les deux équerres ( 14) et ( 15) sont situées dans un même plan, et homothétique l'une de l'autre dans ce plan De fait, les deux équerres ( 14) et ( 15) sont identiques. Selon une autre caractéristique de l'invention, les deux équerres ( 14) et ( 15) sont solidaires l'une de l'autre au moyen d'un tirant ( 18) Ce tirant est fixé aux deux équerres ( 14) et ( 15) au moyen de chapes ( 19) et ( 20) également montées sur rotules afin de limiter au maximum les forces de frottement L'arbre primaire ( 21) est actionné au moyen d'un bras de levier ( 25) dont la direction est parallèle à la direction de la droite définie par le centre respectif des arbres primaire et secondaire ( 21) et ( 22) et l'axe de pivotement respecti- vement des rotules des chapes ( 16) et ( 17). L'extrémité libre du bras de levier ( 25) comporte un porte-poids ( 26) monté pendulairement par l'intermédiaire d'une chape ( 17) et d'une rotule Ce porte-poids est destiné à recevoir des masses ( 28) de grandeur connue. Compte tenu de la structure de ce dispositif, lorsque l'on applique une masse sur le porte-poids ( 26), il en résulte compte tenu de la gravité, une rotation du bras de levier ( 25) dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, tel que représenté dans la figure 1, provoquant une rotation de l'arbre primaire ( 21) dans le même sens Dans l'exemple décrit, le rapport entre la force de traction sur les extrémités ( 6) et ( 7) de la bande ( 1) et l'intensité de la force créée par les masses ( 28) est égal à 5 Par exemple, une masse ( 28) de 60 kg génère une force de traction de 3000 Newtons Il provoque d'une part la rotation de l'équerre ( 14) également dans le sens inverse des aiguilles d'une montre ayant pour effet, d'une part d'imprimer une traction sur l'extrémité ( 7) de la bande ( 1) et d'autre part d'induire la rotation de l'équerre ( 15), également en sens inverse des aiguil- les d'une montre, cette dernière entrainant également une traction sur l'extrémité ( 6) de la bande ( 1). Compte tenu des caractéristiques géométriques du montage, quelle que soit la position du bras de levier ( 25) sur sa course de rotation, et pour une masse ( 28) donnée, la traction exercée par les deux équerres ( 14) et ( 15) reste constante En effet, par construction, la valeur de l'angle formé par les tendeurs à vis ( 12,13) par rapport à la verticale varie très peu, typiquement de l'ordre de quelques degrés Or seul le cosinus de cet angle intervient dans le calcul de la contribution des masses ( 28), compte tenu que ce sont les moments des forces respectivement gravitationnelles (des masses ( 28)) et de traction sur les extrémités ( 6,7) qui maintiennent les système en équilibre Typiquement, la variation des forces de traction sur lesdites extrémités ( 6,7) est de moins de 0,1 % sur toute la course du bras de levier ( 25). Le fluage est alors déterminé par mesure de l'écart séparant deux repères préalablement tracés au voisinage du centre de la bande sur le socle ( 2) Cet écart peut être mesuré manuellement au moyen de règles graduées mais avantageusement au moyen de photomètres non représentés, montés au-dessus du socle. La présente invention peut également être appliquée pour mesurer les propriétés mécaniques d'un échantillon selon deux directions Cette mesure peut être effectuée notamment selon deux directions perpendiculaires par exemple selon la trame et la chaine d'un tissu Dans ce cas, comme on peut le voir dans la figure 2, le disposi- tif comprend deux structures analogues à celles décrites précédemment, montées perpendiculairement l'une par rap- port à l'autre Ces deux structures sont parfaitement indépendantes l'une de l'autre Toutefois, afin de s'assurer que la traction exercée s'effectue simultané- ment, on munit le dispositif d'un organe de verrouillage ( 29), agissant au niveau d'une patte ( 30) soudée sur chacun des arbres secondaires ( 22) Cet organe de ver- rouillage ( 29) est solidaire d'une poignée ( 31), qui lui est sensiblement perpendiculaire Cette poignée ( 31) est articulé autour d'un axe ( 32) ménagé sur le bâti du dispositif, afin de permettre sa rotation et ainsi, l'escamotage de l'organe de verrouillage et donc la libé- ration de la patte ( 30) Cette libération permet en outre la rotation des axes secondaires ( 22), et par voie de conséquence celle des axes primaires ( 21), compte tenu de leur dépendance par le biais du tirant ( 18). Il est à noter que chaque dispositif comprend un organe de verrouillage ( 29) ainsi que les éléments avec lesquels ils coopèrent De la sorte, et afin de permettre à un seul utilisateur de libérer les deux charges simul- tanément, et ainsi d'induire une traction immédiate au niveau de chacune des extrémités des deux bandes perpen- diculaires, les deux poignées ( 31) des organes de ver- rouillage sont situées au voisinage l'une de l'autre. Le dispositif ainsi décrit permet de réaliser simplement des mesures de propriétés mécaniques, notamment de fluage, et spécialement fluage monoaxial et bi-axial, et de ténacité à la traction pour des échantil- lons de matériau et ce sans requérir un matériel de coût élevé De plus, la mise en oeuvre d'un tel matériel est aisé et ne demande pas de personnel qualifié. REVENDICATIONS 1/ Dispositif pour mesurer les propriétés mécaniques d'un échantillon sous forme de bandes ( 1) fixé à ses ex- trémités ( 6) et ( 7) entre deux mâchoires ( 8) et ( 9), et reposant sur un socle ( 2) caractérisé en ce qu'il comprend: deux cylindres de renvoi parallèles ( 4) et ( 5), disposés de part et d'autre du socle ( 2) et sur lesquels est renvoyée ladite bande ( 1), sur les deux extrémités libres ( 6) et ( 7) de laquelle s'exerce une traction égale par l'intermédiaire des mâchoires ( 8) et ( 9); deux biellettes pendulaires ( 12) et ( 13) fixées respectivement d'une part aux mâchoires ( 8) et ( 9), et d'autre part à deux équerres ( 14) et ( 15) par l'inter- médiaire de deux chapes pendulaires ( 16) et ( 17), les *deux équerres ( 14) et ( 15) étant contenues dans le même plan et solidaires de deux axes parallèles, respec- tivement primaire et secondaire, et solidarisées entre elles au moyen d'un tirant dont les deux extrémités sont fixées aux équerres ( 14) et ( 15) par l'intermédiaire de chapes, les deux équerres ( 14) et ( 15) étant homothéti- ques l'une de l'autre par rapport au plan les contenant; un bras de levier, solidaire de l'arbre primaire ( 21), dont la direction est toujours parallèle à la direction définie par la droite passant par respectivement l'axe de rotation de l'arbre primaire ( 21) et de l'arbre secondaire ( 22) et l'axe des pivotements des chapes solidarisant les biellettes ( 12) et ( 13) aux équerres ( 14) et ( 15); un porte-poids, fixé pendulairement à l'extrémité libre du bras de levier ( 25) et destiné à recevoir des masses de grandeur connue. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les arbres primaire ( 21) et secondaire ( 22) sont montés sur des paliers munis de roulements à billes ( 23) et ( 24). 3/ Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la liaison des biellettes ( 12) et ( 13) sur les mâchoires ( 8) et ( 9) s'effectue au moyen de rotules. 4/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les chapes sont fixées sur des roulements ( 23) et ( 24). 5/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le socle ( 2) est chauffant. 6/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les machoires ( 8,9) sont auto-blo- quantes et auto-serrantes. 7/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la mesure des propriétés mécaniques et notamment de fluage est effectuée au moyen d'un photo- mètre ou d'un système de traitement d'images, situé au dessus du socle ( 2). 8/ Dispositif pour mesurer les propriétés mécaniques d'un échantillon sous forme de bandes selon deux direc- tions perpendiculaires, caractérisé en ce que la traction sur chacune des deux bandes perpendiculaires est effec- tuée au moyen de deux dispositifs similaires, indépen- dants l'un de l'autre, décrits dans les revendications 1 à 7. il 9/ Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les bras de levier ( 25) sont verrouillés en position haute au moyen d'un organe de verrouillage ( 29) muni d'une poignée ( 31) articulée, le dit organe ( 29) coopérant avec une patte ( 30) solidaire des arbres secon- daires ( 22).