Brevet FR2662801A1 — publié le 19911206

DISPOSITIF D'ESSAI EN TRACTION - COMPRESSION D'UNE EPROUVETTE La présente invention se rapporte a un dispositif d'essai en traction-compression d'une éprouvette en matériau fragile sur machine d'essai, comportant deux montages ayant chacun une tête d'amarrage dans laquelle est fixée une extrémité de lteprouvette et assurant chacun la liaison avec un plateau de la machine. Les matériaux dits à comportement fragile ont par définition des déformations à rupture en traction très faibles (au maximum de quelques %). Lors d'un essai de caractérisation sur éprouvette, il est donc nécessaire de contrôler très finement les conditions géométriques d'ancrage et l'amplitude des diverses sollicitations. Les dispositifs de prise d'éprouvettes pour les matériaux à comportement ductile ne posent pas de problèmes particuliers grace à la capacité de redistribution des déformations autour de singularités (concentrations de contraintes, défauts volumiques, défauts surfaciques,...3. Par contre cette mise en oeuvre devient plus délicate dans le cas des matériaux à comportement fragile ou ce type d'essai est très peu utilisé par rapport aux essais de flexions uniaxiale ou biaxiale. En effet, les déformations à rupture étant très faibles, le moindre désalignement des éléments d'accrochage devient catastrophique. On connaît, par les brevets américains 4.686.860 et 4,843.888, des organes d'amarrage d'éprouvette à autoalignement. Ces dispositifs sont compliqués et onéreux. La présente invention a pour but de fournir un dispositif d'amarrage de l'éprouvette aux plateaux de la machine d'essai qui assure un autoalionement de l'éprouvette et qui est de construction simple et peu onéreuse. La qéc.mètrie de l'éprouvette ne présente pas de discontinuité car la moindre concentration de contraintes a une conséquence immédiate et catastrophique sur la rupture. Enfin. l'isolation thermique est obtenue par circulation d'eau le plus près possible de l'éprouvette pour permettre la protection des éléments en aval de celle-ci. Conformément à 1' invention q le dispositif comporte deux blocs-cardans reliant chacun une tete d'amarrage au plateau; chacun de ces blocs étant rendu élastique par des lames élastiques. L'invention va maintenant entre décrite avec plus de détails en se référant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté par les dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une coupe axiale du dispositif selon l'invention. - la fiqure 2 est une vue de dessus de la fiqure 1 - la figure 3 est une vue de l'éprouvette à solliciter par ce montage. Le dispositif d'amarrage d1 éprouvette se compose de deux montages d'amarraqe similaires a celui de la figure 1 et assurant chacun la liaison entre l'extrémité de l'éprouvette l et le plateau de la machine d'essai. La géométrie de l'éprouvette (figure 3) a été choisie de révolution sans congés de raccordement ni d'épaulement. Le profil de l'éprouvette a été choisi de manière à éviter les concentrations de contraintes, à transmettre le plus uniformément possible les efforts de traction et de compression à avoir un volume utile d'analyse suffisant. Pour arriver à ce résultat, le profil utile est cylindrique de révolution l. La zone d'application des efforts est conique de révolution en traction 12 et plane (plans extrêmes) en compression 13 de manière à rendre leur application surfacique. Pour éviter les concentrations de contraintes, il a été choisi un profil de raccordement torique 14 dont le rayon est suffisamment grand pour éviter des gradients locaux du champ de contraintes. Ce type de profil est particulièrement bien adapté pour des matériaux tels que les céramiques massives techniques ou réfractaires qui nécessitent la mise en oeuvre de ce type d'essai. Le montage d'amarrage comprend une tBte d'amarrage 3 dans laquelle se loge et s'ancre une extrémité de l'éprouvette. La tette d'amarrage 3 a deux buts fondamentaux. C'est tout d'abord par elle que transitent les efforts qu'ils soient de traction ou de compression. La transmission de l'effort de traction s'effectue à l'aide de l'épaulement d'appui des demi-coquilles 4 assurant la liaison. I1 est alors assuré par le plan inférieur de l'ouverture pratiquée à travers les tetes. Pour la transmission d'effort de compression, il est nécessaire d'adjoindre les cales pentées entre le plan extrême de l'éprouvette montée et le plan inférieur de l'ouverture de la t?te d'amarrage. Le second role de ce composant est de permettre le refroissement de l'ensemble. En effet par souci de protection des composants de la machine de traction-compression; il est nécessaire que les tettes d'amarrage restent froides. C'est pour cela que le refroidissement est opéré le plus près possible de la source de chauffage sans pour autant l'affecter de trop. Ainsi à l'aide d'une circulation d'eau à travers le circuit de refroidissement créée dans les têtes d' amarrage; toute la partie du montage qui suit (cardans élastiques; traverse de machine, cellule de mesure d'effort, ...) est isolée thermiquement : elle reste à température ambiante ce qui améliore la durée de vie des composants. La liaison entre l'éprouvette t et la tette d'amarrage 3 s'effectue par les demi-coquilles 4. Ces demi-coquilles ont pour ralle de permettre la transmission des efforts de traction. Pour des conditions de montage, il est nécessaire que ces demi-coquilles 4 soient associées par deux. Leur role est prépondérant non seulement pour la transmission des efforts de traction mais aussi pour la bonne distribution des efforts au niveau de l'appui conique avec l'éprouvette. En effet ces demi-coquilles garantissent un appui surfacique pour le cone de transmission des efforts. La tte d'amarrage 3 est solidaire d'un bicic-cardan 5 qui est du coté opposé à la tue 3; fixé au plateau de la machine. Ce bloc-cardan est en acier. I1 présente deux lames élastiques symétriques 51 s'étendant dans un premier plan transversal à l'axe 6 du montage et deux autres lames élastiques 51 s'étendant dans un second plan transversal à l'axe 6 du montage. Ces lames conjuguées débouchent dans des alésages parallèles 52 traversant de part en part le bloc-cardan. Ces alésages sont séparés par un pont central 53 de faible épaisseur permettant l'orientation relative de l'une des parties du bloc par rapport a l'autre. Les lames du premier plan et du second plan sont orientées à 90 l'une de l'autre de manière que les ponts centraux 53 soient orthogonaux. Le bloc-cardan 5 réalise l'équivalent d'une liaison cardan mais dont les amplitudes e rotation sont très faibles. Ce bloc assure une liaison par doubles lames élastiques 53 qui permet des sollicitations de compression. Ainsi ces lames élastiques 53 autorisent des efforts de tract ion-compression élevés et n'engendrent que très peu de moments fléchissants lors d'un éventuel mésalîgnement. Il est à remarquer que ce montage autorise des sollicitations de traction et de compression ce qui permet également d'envisager des sollicitations de traction-compression en fatigue a différentes températures. Le bloc-cardan 5 et la tête 3 sont centrés relativement par un axe de centrage 10 qui permet d'assurer une bonne ccaxialite entre les deux tetes d'amarrage lors de la mise en place de l'ensemble bloc avant son immobilisation par vis. Gr6:ce a ce composant les défauts de coaxialité sont circonscrits au niveau de la mise en position de l'éprouvette dans les t'tes d'amarrage. Chaque tete d'ancrage présente un couvercle de protection 7 en forme de bague au travers duquel passe l'éprouvette. Ces couvercles jouent un role prépondérant lors d'essais thermc,-mécaniques. En effet ils permettent d'une part la circulation d'eau de refroidissement en assurant l'étanchéité. D'autre part; ils constituent un écran thermique lors de l'utilisation d'un chauffage par induction combiné avec une chambre radiative (dans le cas des céramiques). Chaque bloc-cardan 5 présente des alésages 55 dont les axes sont radiaux et sont dans le plan des lames 51 - Ces alésages servent de logements å des pions amovibles de maintien 9 qui permettent un maintien du montage en dehors des essais. Ils sont enlevés une fois que le montage et l'éprouvette sont mis en place sur la machine d'essai. Les t?tes d'amarrage 3 sont maintenues sur les blocs-cardans 5 par l'intermédiaire de vis. Ces cardans sont eux-m?mes fixés sur les traverses de la machine d'essai å l'aide de 4 vis. Les deux systèmes d'amarrage sont centrés 1 'un par rapport a l'autre å l'aide de l'axe de centrage 10 lors du montage. L'éprouvette est alors montée au travers des de alésages intérieurs des ttes d'amarrage. Les demi-coquilles sont introduites latéralement au travers des ouvertures et par déplacement axial sont maintenues dans le logement prévu a cet effet. Lespions de maintien 7 peuvent maintenant être enlevés. L'essai peut alors se dérouler. Une fois que l'éprouvette a été rompue, on peut l'éjecter d montage. Pour terminer, les pions de maintien sont remontes et le montage peut å nouveau tre déposé; ou servir à un nouvel essai. REVENDICATIONS t*) Dispositif d'essai d'éprouvette sur machine d'essai en traction-compression comportant deux montages comportant chacun une tette d'amarrage dans laquelle est fixée une extrémité de l'éprouvette et assurant chacun la liaison avec un plateau de la machine; caractérisé par le fait qu'il comporte deux blc.cs-cardans (5) reliant chacun une tette d'amarrage (3) au plateau ce bloc étant rendu élastique par des lames élastiques (51). 2 ) Dispositif selon la revendication i caractérisé par le fait que le bloc-cardan présente dans des entailles (51) symétriques et transversales a l'axe du montage (6) et de l'éprouvette. 3 ) Dispositif selon l'une quelconque des revend icat ions précédentes caractérisé par le fait que l'éprouvette (1) se fixe à chaque tette d'amarrage (3) par des demi-coquilles (4). 40) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérise par le fait qu'il comporte des pions amovibles (7) se logeant dans des logements des entailles. 5 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que l'éprouvette a une forme cylindrique de révolution ne présentant pas de congés de raccordement ni d'épaulement.