Brevet FR2700613A1 — publié le 19940722

DISPOSITIF DE REPRISE D'EFFORTS POUR ESSAIS DE COXPRESSION SUR DES PIECES DE SECTION TUBULAIRE La présente invention a trait aux essais de compression sur des pièces de section tubulaire et plus particulièrement, bien que non exclusivement, des éprouvettes tubulaires représentatives d'éléments tubulaires en matériaux composites, chargés de transmettre ou recevoir des efforts, tels que des bielles structurales monoblocs réalisées par dépose filamentaire. Ces bielles sont de plus en plus utilisées dans le domaine de la construction aéronautique, du fait de leur rigidité spécifique élevée eu égard à leur poids. Afin de vérifier la conformité de telles structures avec les spécifications de l'utilisateur et, plus précisément d'évaluer la résistance aux dommages, tels que les chocs, susceptibles d'affecter lesdites structures au cours de leur fabrication et/ou de leur manutention, il est nécessaire d'effectuer une caractérisation mécanique en compression sur des tubes ayant subi des chocs transversaux mais également sur des tubes n'ayant pas reçu de tels chocs. Ceci conduit à réaliser de nombreux essais de compression sur des éprouvettes tubulaires représentatives de la partie courante des futures bielles en matériaux composites, ces éprouvettes étant réalisées suivant le même processus de fabrication (dépose filamentaire) que les bielles à caractériser.De plus, sur ces éprouvettes on reproduit fidèlement, à la manière connue, les dégradations éventuelles que pourraient subir les bielles notamment au cours de leur fabrication ou montage. L'invention va être décrite ci-après dans son application à une telle caractérisation, mais il est évident qu'elle peut s'appliquer à tout essai en compression de pièces tubulaires, qu'elles soient ou non en matériaux composites. Pour effectuer des essais de compression sur des pièces tubulaires, telles que par exemple des éprouvettes représentatives de bielles structurales monoblocs en matériaux composites, réalisées par dépose filamentaire, on est très souvent amené, afin d'opérer dans de bonnes conditions, à équiper les éprouvettes de dispositifs, dénommés talons de reprise d'efforts, assurant une répartition correcte de l'effort au sein du matériau et permettant de s'affranchir des ruptures prématurées par matage. Ces talons sont des pièces métalliques collées sur le matériau composite suivant une procédure de mise en oeuvre qui prend plusieurs jours avant de réaliser l'essai en compression. Un tel outillage est donc spécifique à chaque essai, non interchangeable et non récupérable. En outre, si les essais sont réalisés en température, il est nécessaire d'utiliser des résines de collage adaptées aux températures d'essai. La présente invention vise à pallier les inconvénients d'un tel système en proposant un dispositif à talons rapportés amovibles, récupérables, facilement et rapidement adaptable à des éprouvettes tubulaires à tester en compression. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de reprise d'efforts pour essais de compression sur des pièces de section tubulaire, caractérisé en ce qu'il est constitué, à au moins l'une des extrémités de la pièce à tester, d'un talon rapporté amovible comprenant - une embase dont une face est munie d'une gorge de forme appropriée à la section de la pièce, dont la paroi interne présente un profil correspondant au profil interne de ladite pièce, ladite gorge étant susceptible de recevoir l'une des extrémités de la pièce, l'autre face de l'embase étant agencée pour être reçue sur les plateaux de la machine d'essai en compression - un dispositif de joint en matériau déformable, de forme annulaire, inséré dans ladite gorge entre la face externe de la pièce et la paroi externe de la gorge - un serre-joint annulaire susceptible de s'engager dans ladite gorge en comprimant ledit dispositif de joint et - des moyens pour presser le serre-joint contre ladite embase en sorte d'appliquer audit dispositif de joint des efforts de compression déterminés, réglables. Avantageusement, une bague en un matériau métallique déformable est interposée entre le fond de ladite gorge et la tranche d'extrémité en regard de ladite pièce à tester, afin de rattraper d'éventuels défauts de parallélisme entre les deux tranches, ou faces d'appui, de la pièce. Un tel dispositif présente les avantages suivants. I1 permet un montage et un démontage des talons rapportés simple et rapide, les talons pouvant être réutilisés aussitôt pour d'autres éprouvettes. Un même dispositif peut accepter des tubes circulaires de même diamètre intérieur et d'épaisseur de paroi variable, la largeur de la gorge recevant l'extrémité du tube le permettant et le dispositif de joint inséré dans la gorge étant agencé en conséquence. La pression du serre-joint annulaire est uniforme sur le dispositif de joint autour du tube emprisonné. Les éventuels défauts de parallélisme entre les faces d'appui du tube sont repris, lors de la mise en charge de l'éprouvette, par la bague de fond de gorge qui se déforme par écrouissage. Suivant la nature du matériau de l'éprouvette, le dispositif de joint est adapté et peut consister en un simple joint torique, de dimension appropriée, ou bien un ou plusieurs joints de section carrée et de dureté élevée, par exemple en élastomère, pour des matériaux à haut niveau de performance ou des essais en température. L'invention s'applique à des éprouvettes tubulaires ayant leurs deux extrémités, ou seulement une seule, de forme tubulaire. Par ailleurs, par éprouvette tubulaire on entend une éprouvette constituée par un tube de section circulaire, carrée, rectangulaire, polygonale, elliptique, ou tout autre forme, la gorge réceptrice de l'embase du dispositif, ainsi que le serre-joint associé étant conformés en conséquence, ainsi que l'éventuelle bague de fond de gorge et, éventuellement, le dispositif de joint. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre d'un mode de réalisation du dispositif de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement et en regard des dessins annexés sur lesquels - Figure 1 est une vue en coupe axiale d'un dispositif selon l'invention en place à l'extrémité d'une éprouvette tubulaire à section circulaire, et - Figure 2 illustre l'éprouvette de la figure 1 avec ses talons de reprise d'effort d'extrémité en place sur un banc d'essai en compression. Sur la figure 1 on a représenté une éprouvette tubulaire en matériau composite 1 dont l'extrémité est engagée dans une gorge circulaire 2 ménagée dans une embase métallique 3 en forme de disque circulaire. La gorge 2 présente un fond plat 4, une paroi interne 5 perpendiculaire au fond 4 et délimitant un fut central 6 sur lequel est enfilée l'extrémité de l'éprouvette 1 et une paroi externe 7 perpendiculaire au fond 4, coaxiale audit fut central 6 et située à une distance de la paroi interne 5 suffisante pour accueillir des éprouvettes 1 d'épaisseur de paroi variable, ainsi que les moyens de serrage de la périphérie des éprouvettes dans la zone insérée dans la gorge 2. Une bague en forme de rondelle plate circulaire 8, de largeur correspondant sensiblement à celle de la gorge 2, est placée sur le fond 4 en étant interposée entre ce dernier et la tranche 9 de l'extrémité de l'éprouvette 1. Les moyens de serrage de la périphérie de l'extrémité de l'éprouvette sont constitués d'un dispositif de joint 10 de forme et dimensions appropriées, inséré dans la gorge 2 entre la bague 8, la face externe de l'éprouvette 1 et la paroi externe 7 de la gorge 2. Le dispositif de joint 10 est susceptible d'être comprimé par un serre-joint annulaire 11 présentant une face externe cylindrique 12 de diamètre correspondant à celui de la paroi externe 7 de la gorge 2 et une face interne cylindrique 13 coaxiale à la face 12, située à une distance de l'éprouvette 1, lorsque celle-ci est en place dans la gorge 2, suffisante pour accepter différentes épaisseurs de paroi d'éprouvette. Le serre-joint annulaire 11 est solidaire d'une bride de serrage annulaire 14, munie d'un certain nombre de perçages 15 parallèles à l'axe du fut central 6 de l'embase 3 et régulièrement distribués à la périphérie de la bride 14, en regard de perçages taraudés 16 ménagés dans l'embase 3 en correspondance avec lesdits perçages 15. Les perçages 15 et 16 reçoivent des boulons (symbolisés en 17) permettant, à l'aide d'une clé dynamométrique, de presser la bride 14 contre l'embase 3 avec des efforts déterminés et régulièrement répartis sur la périphérie externe de l'extrémité d'éprouvette encastrée dans la gorge 2. Pour faciliter l'insertion de l'extrémité de l'éprouvette 1 dans la gorge 2, l'arête circulaire du fut 6 est chanfreinée en 18. Par ailleurs, le fut 6 est tubulaire pour recevoir, sur la face de l'embase 3 opposée à l'éprouvette, les pièces d'interfaçage du banc d'essai en compression. Lors du montage du dispositif sur chaque extrémité de l'éprouvette 1 à tester, la bague 8 est d'abord mise en place en fond de gorge 2, puis l'extrémité de l'éprouvette est enfilée sur le fut 6. De préférence, l'ajustement éprouvette 1 - embase 3 doit être légèrement serré afin de faciliter le positionnement de l'éprouvette dans son embase. On insère ensuite le dispositif de joint 10 (représenté en position non comprimée sur la figure 1). Celui-ci est constitué, par exemple pour un matériau d'éprouvette à faible niveau de performance, d'un ou plusieurs joints toriques en élastomère et, pour des matériaux d'éprouvette à haut niveau de performance, d'un ou plusieurs joints de section carrée, en élastomère de dureté élevée pour s'affranchir des ruptures prématurées par matage dans le dispositif de reprise d'efforts.La nature de l'élastomère peut être bien entendu adaptée à la température d'essai. Après mise en place de la bride 14, celle-ci est pressée contre l'embase 3 grâce aux boulons engagés dans les trous 15,16, à l'aide d'une clé dynamométrique assurant une répartition de pression homogène du dispositif de joint 10 contre la périphérie externe de la partie d'éprouvette encastrée dans la gorge 2. Une fois l'éprouvette 1 munie à ses deux extrémités d'un tel dispositif de reprise d'efforts, l'ensemble est placé entre les plateaux mobile 19 et fixe 20, à rotule, d'un banc d'essai en compression conventionnel (figure 2), avec l'aide de centreurs appropriés 21. L'essai de compression consiste à appliquer à l'éprouvette tubulaire 1 un effort de compression monotone dans l'axe de l'éprouvette jusqu'à rupture de cette dernière. Le dispositif de reprise d'efforts interposé entre les plateaux 19, 20 et les extrémités de l'éprouvette 1 facilite le transfert des efforts, répartit uniformément ces derniers et évite les surcontraintes locales. La bague 8 est en un matériau métallique déformable, de l'aluminium par exemple, et son rôle est de rattraper, par déformation par écrouissage lors de la mise en charge de l'éprouvette sur le banc d'essai, les éventuels défauts de parallélisme des tranches d'extrémité 9 de l'éprouvette 1. Après rupture de l'éprouvette, les dispositifs de reprise d'efforts sont démontés et peuvent être aussitôt réutilisés sur une autre éprouvette à tester. L'intervalle existant entre la paroi 13 de la bride de serrage formant serre-joint (11,14) et la face externe de l'éprouvette 1 permet à un même dispositif de reprise d'efforts de recevoir des éprouvettes tubulaires de même diamètre intérieur et d'épaisseur de paroi variable. La bague 8 et le dispositif de joint 10 peuvent être instantanément changés d'une éprouvette à la suivante. Le montage d'un tel dispositif de reprise d'efforts est remarquablement rapide, quelques minutes, en comparaison avec les procédures s'étendant sur plusieurs jours pour la mise en place des talons de reprise d'efforts collés sur les éprouvettes à tester, selon la technique habituelle. L'invention peut s'appliquer d'une manière générale aux essais en compression de toute éprouvette de forme tubulaire, quelle que soit la nature de son matériau constitutif. Enfin, l'invention n'est évidemment pas limitée au mode de mise en oeuvre représenté et décrit ci-dessus, mais en couvre au contraire toutes les variantes notamment en ce qui concerne les formes et dimensions de l'embase 3, de la gorge 2, du serre-joint 11 et des moyens de pressage de ce dernier contre le dispositif de joint 10, les formes et dimensions du ou des éléments constitutifs dudit dispositif de joint 10, ainsi que la nature, forme et dimensions de la bague 8. Il est à noter que le dispositif de l'invention peut être monté aux extrémités de pièces tubulaires de section circulaire ou non circulaire, par exemple de section carrée, rectangulaire, polygonale, elliptique, la gorge 2 réceptrice de l'extrémité d'éprouvette étant conformée en conséquence, ainsi que le serre-joint 11 et éventuellement les joints 10 et la bague 8. De plus, le dispositif peut s'appliquer également à des éprouvettes tubulaires comportant une seule extrémité tubulaire, l'autre extrémité étant par exemple une chape de fixation, de telles éprouvettes reproduisant l'une des extrémités d'une bielle structurale monobloc du type évoqué dans le préambule. REVENDICATIONS =:=:=:=:=:=:=:=:=:=:=:=:=:= 1. Dispositif de reprise d'efforts pour essais de compression sur des pièces de section tubulaire, caractérisé en ce qu'il est constitué, à au moins l'une des extrémités de la pièce à tester (1), d'un talon rapporté amovible comprenant - une embase (3) dont une face est munie d'une gorge (2) de forme appropriée à la section de la pièce, dont la paroi interne (5) présente un profil correspondant au profil interne de ladite pièce (1), ladite gorge (2) étant susceptible de recevoir l'une des extrémités de la pièce, l'autre face de l'embase étant agencée pour être reçue sur les plateaux de la machine d'essai en compression ; - un dispositif de joint (10) en matériau déformable, de forme annulaire, inséré dans ladite gorge (2) entre la face externe de la pièce (1) et la paroi externe (7) de la gorge ;; - un serre-joint annulaire (11) susceptible de s'engager dans ladite gorge (2) en comprimant ledit dispositif de joint (10) et - des moyens (14 à 17) pour presser le serre-joint (11) contre ladite embase (3) en sorte d'appliquer audit dispositif de joint (10) des efforts de compression déterminés, réglables. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'unie bague en un matériau métallique déformable (8) est interposée entre le fond (4) de ladite gorge (2) et la tranche d'extrémité en regard (9) de ladite pièce à tester (1), afin de rattraper d'éventuels défauts de parallélisme entre les deux tranches de la pièce. 3. Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit serre-joint (11) est solidaire d'une bride annulaire (14) de serrage. 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que ladite bride (14) est munie de perçages (15) coopérant avec des perçages (16) ménagés dans l'embase (3) pour recevoir des boulons de serrage (17) régulièrement répartis autour de la gorge (2) de 1'embase. 5. Dispositif suivant l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ladite bague (8) placée dans le fond (4) de la gorge (2) est une rondelle plate en aluminium. 6. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif de joint (10) est constitué d'un ou plusieurs joints toriques en élastomère. 7. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif de joint (10) est constitué d'un ou plusieurs joints de section carrée, en élastomère de dureté élevée. 8. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite gorge (2) définit un fut central (6) tubulaire agencé notamment pour être reçu sur les plateaux (19,20) de la machine d'essai en compression. 9. Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite gorge (2), le serre-joint (11) et éventuellement ladite bague (8) et le dispositif de joint (10), ont un profil adapté à la section des pièces à tester et notamment l'une des sections suivantes : circulaire, carrée, rectangulaire, polygonale, elliptique.