Brevet FR2688590A1 — publié le 19930917

La présente invention concerne une éprouvette d'essais de traction/compression, et plus précisément une éprouvette de type triaxial. On réalise habituellement les essais de traction/compression, destinés à déterminer certaines des caractéristiques mécaniques d'un matériau, au moyen d'éprouvettes monoaxiales réalisées dans ce matériau, qui comportent une partie centrale allongée, la plupart du temps de forme cylindrique, de section déterminée, et qui sont terminées, à chacune de leurs extrémités, par une tête destinée à assurer leur fixation sur une machine de traction. Afin qu'en cours de traction la rupture de l'éprouvette se produise dans la partie centrale de celle-ci, les têtes possèdent une section plus importante que ladite partie centrale. De plus, le raccordement de cette dernière auxdites têtes se réalise par un arrondi, de façon à éviter, au cours de l'essai, la formation d'amorces de rupture susceptibles de provoquer, en cet endroit, la rupture de l'éprouvette. Bien entendu les éprouvettes monoaxiales de ce type ne donnent pas de renseignements sur les caractéristiques mécaniques du matériau dans des directions orthogonales à la direction de la force de traction. On a proposé dans ce but des éprouvettes de traction de type biaxial qui sont essentiellement constituées d'une combinaison à 900 de deux éprouvettes de type monoaxial classique. De telles éprouvettes sont ainsi constituées d'une partie centrale ayant la forme d'une pastille de forme carrée et de section rectangulaire, cette pastille se raccordant, par un arrondi partant de chacun de ses côtés, à quatre tetes de préhension opposées deux à deux. L'une des difficultés majeures rencontrées lorsque l'on passe d'une éprouvette monoaxiale à une éprouvette biaxiale (et, à fortiori, à une éprouvette triaxiale), est le fait qu'une déformation induite dans une direction modifie l'état des contraintes subies dans l'autre, ou les autres directions, qui lui sont orthogonales. C'est pourquoi de telles éprouvettes se doivent de comporter des moyens de découplage efficaces. Par ailleurs les éprouvettes d'essais de ce type doivent être d'une fabrication relativement simple afin d'en diminuer le prix de revient, tout en étant d'une fabrication suffisamment précise pour que les essais possèdent un caractère répétitif. La présente invention a ainsi pour but de proposer une éprouvette de traction/compression qui soit d'une fabrication simple et qui, lorsqu'elle est sollicitée de façon indépendante suivant trois axes orthogonaux, est en mesure de se déformer sans que les déformations suivant un axe ne viennent perturber les contraintes subies par l'éprouvette suivant les deux autres axes. La présente invention a ainsi pour objet une éprouvette de traction/compression de type triaxial, constituée d'un corps et d'éléments de préhension permettant de la relier à des moyens de traction agissant suivant trois axes orthogonaux, caractérisée en ce qu'elle comporte un volume interne parallélépipédique dont chacune des arêtes est délimitée par le fond d'une fente qui s'étend vers l'extérieur, à partir de ladite arête. Dans un mode de mise en oeuvre de l'invention, le corps de l'éprouvette a la forme d'un parallélépipède rectangle, les faces de celui-ci étant respectivement parallèles aux faces dudit volume interne, et chacune des fentes relie une arête dudit corps à une arête correspondante dudit volume interne. Dans une variante particulièrement intéressante de l'invention, les arêtes du volume interne sont délimitées par une série de trous orthogonaux dans lesquels débouchent les fentes, le diamètre de ces trous étant, préférablement, au moins le double de la largeur des fentes. On décrira ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, diverses formes d'éxécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel: La figure 1 est une vue en élévation d'une éprouvette de traction/compression triaxiale suivant l'invention. La figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne II II de la figure 1. La figure 3 est une vue en perspective de l'éprouvette triaxiale représentée sur les figures 1 et 2. La figure 4 est une vue en coupe d'une variante de mise en oeuvre de l'invention suivant la ligne IV-IV de la figure 1. La figure 5 est une vue en coupe partielle, à plus grande échelle, du mode de mise en oeuvre de l'invention représenté sur la figure 4. La figure 6 est une vue en perspective de moyens permettant de fixer l'éprouvette de traction/compression suivant l'invention sur une machine de traction/compression. La figure 7 est une vue en coupe partielle, à plus grande échelle, des moyens de fixation représentés sur la figure 6. L'éprouvette triaxiale suivant l'invention représentée sur les figure 1 à 3 est réalisée dans le matériau que l'on souhaite étudier et elle est constituée globalement d'un cube 1 que l'on a usiné de façon particulière. Le cube 1 comporte ainsi une série de fentes 3 qui sont réalisées à partir de chacune de ses arêtes 5 et qui s'étendent vers l'intérieur du cube 1 sur une distance d déterminée. Les fentes 3 sont inclinées par rapport à chacune des faces 7 du cube 1 de façon telle qu'elles soient situées dans le plan bissecteur du dièdre formé par deux faces adjacentes 7 du cube 1. Les fentes 3 sont réalisées, de préférence, par fraisage avec un outil dont l'extrémité est arrondie, de façon que le fond de ces fentes 3 soit sensiblement en forme d'arc de cercle et ne présente donc pas de partie anguleuse susceptible de créer une amorce de rupture lorsque l'éprouvette est soumise à l'essai de traction/compression. Les fonds arrondis des fentes 3 délimitent ainsi les arêtes d'un volume interne en forme de cube 11 qui constitue le volume du matériau que l'on soumettra à trois efforts de traction/compression orthogonaux, c'est-à-dire suivant des directions xx',yy',zz' respectivement perpendiculaires à chacune des faces 7 du cube 1. Le cube 1 est muni de moyens de préhension, qui sont destinés à permettre sa fixation sur une machine de traction/compression triaxiale. Chacune des faces 7 du cube 1 comporte ainsi un bossage cylindrique 13 qui est fendu sur une partie de sa base par quatre des fentes 3 de façon à améliorer le découplage. Chaque bossage cylindrique 13 comporte en outre cinq trous filetés, perpendiculaires à la face 7 du cube sur laquelle est formé le bossage 13, à savoir un trou central 15 et quatre trous 15' équidistants du centre du bossage 13 et qui sont disposés sur les axes de symétrie des faces 7 du cube 1. Dans un mode de mise en oeuvre intéressant de l'invention, représenté sur la figure 5, le fond de chacune des fentes 3 est constitué d'un trou 19, qui est réalisé par perçage et dont l'axe est perpendiculaire à deux faces opposées 7 du cube 1, dans lequel débouchent les fentes 3. De préférence le diamètre D des trous 19 est le double de la largeur e des fentes 3. Le présent mode de mise en oeuvre est intéressant en ce qu'il permet de positionner de façon facile et précise les fonds des fentes 3 les uns par rapport aux autres. En effet, suivant la présente forme de réalisation, pour assurer un positionnement précis des fonds des fentes 3, il suffit d'assurer un positionnement précis des centres de perçage O des trous 19, ce qui est une opération facile à mettre en oeuvre. De plus, une fois cette opération réalisée, il est facile de contrôler, par exemple au moyen de tiges calibrées, les distances réelles existant entre les trous, voire même de les modifier, par exemple par alésage, de façon à obtenir les écartements souhaités entre les fonds des fentes 3. Cette possibilité est intéressante en raison de ce qu'il est de la plus haute importance que les fonds des fentes soient positionnés les uns par rapport aux autres avec la plus grande précision puisque celle-ci influe de façon directe sur la dimension réelle du volume interne qui est soumis aux contraintes. Bien entendu, et bien que sur le plan pratique il soit parfois plus aisé de réaliser un volume interne 11 de même forme que le volume externe de l'éprouvette, il n'est pas indispensable que le volume interne 11 ait en fait la même forme que le corps 1. On pourrait ainsi, par exemple, partir d'un corps 1 de forme sphérique dans lequel on creuserait des trous 19 délimitant les arêtes du volume interne 11 soumis à contraintes, dans lesquels on ferait déboucher, comme décrit précédemment, des fentes 3 situées dans des plans respectivement perpendiculaires deux à deux. La présente invention permet de réaliser un excellent découplage des contraintes et des déformations subies par le matériau, c'est-à-dire que les déformations qu'il subit dans une direction ne viennent pas perturber le champ des contraintes et des déformations dans les autres directions dans lesquelles on exerce des sollicitations. Les figure 6 et 7 représentent un exemple de moyens de fixation permettant de fixer l'éprouvette sur une machine de traction/compression pour la soumettre à des sollicitations suivant trois axes orthogonaux xx',yy',zz'. La machine de traction/compression comprend trois paires de mandrins 21 respectivement alignés suivant lesdits axes. Comme représenté en détail sur la figure 7, chaque mandrin 21 comporte une tête 22 et un support 25. La tête 22 comprend une partie antérieure 23 et une partie postérieure 24 en forme de bride. La face frontale 26 de la partie antérieure 23 est creusée d'une cavité cylindrique 27 dans laquelle vient s'ajuster un bossage 13 de l'éprouvette. La profondeur de la cavité 27 est la plus réduite possible et, dans tous les cas, est inférieure à la hauteur du bossage 13, de façon que la face frontale 26 ne puisse venir en contact avec la face 7 de l'éprouvette supportant ledit bossage 13. Une telle disposition évite de soumettre l'éprouvette à des contraintes ou à des couples annexes qui ne sont pas de la traction/compression pure, pour le cas où le mandrin 21 ne serait pas rigoureusement aligné avec l'axe de traction idéal, à savoir xx',yy'ou zz'. La face postérieure de chaque tête 22 est creusée d'un évidement 31 à partir duquel sont percés, à travers celui-ci, cinq trous 33 disposés suivant la même configuration que celle des trous 15,15' du bossage 13. Des vis de fixation 35 traversent les trous 33 pour venir se visser dans les trous filetés 15,15' correspondants du bossage 13, si bien qu'elles assurent la fixation de l'éprouvette sur la tête 22 du mandrin 21. La partie antérieure du support 25 est constituée d'une bride 37 identique à celle de la tête 22 si bien que l'on peut les relier au moyens de boulons de fixation, non représentés sur le dessin. Bien entendu on pourrait également utiliser tout autre moyen permettant d'assurer la préhension de l'éprouvette par la machine de traction. REVENDICATIONS 1.- Eprouvette de traction/compression de type triaxial, constituée d'un corps (1) pourvu d'éléments de préhension (13) permettant de la relier à des moyens de traction agissant suivant trois axes orthogonaux (xx',yy',zz'), caractérisée en ce qu'elle comporte un volume interne parallélépipédique (11) dont chacune des arêtes est délimitée par le fond d'une fente (3) qui s'étend vers l'extérieur, à partir de ladite arête. 2.- Eprouvette suivant la revendication 1 caractérisée en ce que le corps (1) est de forme parallélépipédique, les faces (7) de celui-ci étant respectivement parallèles aux faces dudit volume interne (11), et chacune des fentes (3) relie une arête dudit corps (1) à une arête correspondante dudit volume interne (11). 3.- Eprouvette suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce qu'au moins le volume interne (11) est de forme cubique. 4.- Eprouvette suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que les arêtes du volume interne (11) sont délimitées par une série de trous (19) orthogonaux aux faces du volume interne (11) dans lesquels débouchent les fentes (3) 5.- Eprouvette suivant la revendication 4 caractérisée en ce que le diamètre (D) des trous (19) est au moins le double de la largeur (e) des fentes (3). 6.- Eprouvette suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que chaque élément de préhension est constitué d'un bossage cylindrique (13). 7.- Eprouvette suivant la revendication 6 caractérisée en ce que les fentes (3) pénètrent à l'intérieur du bossage (13). 8.- Eprouvette suivant l'une quelconque des revendications 6 et 7 caractérisée en ce que le bossage (13) est percé d'une série de trous filetés (15,15') destinés à assurer la fixation de ladite éprouvette sur des éléments de maintien (21) d'une machine de traction.