Brevet FR2697912A1 — publié le 19940513

La présente invention concerne un tampon interposé entre deux corps dont la vocation est de se choquer, l'un des corPs entrainant l'autre ou étant stoppé par l'autre ; elle concerne également à titre d'exemple d'utilisation, une machine d'essai d'éprouvettes, munie d'un tel tampon. Le tampon selon l'invention trouve en effet une utilisation intéressante dans le domaine de la rhéologie, et en particulier sur les machines d'essais d'éprouvettes, destinées à l'étude du comportement mécanique des matériaux soumis à des efforts de déformation appliqués à des vitesses moyennes. Pour certaines branches de la technique, comme par exemple la mise en forme des métaux, il est nécessaire de mieux connaître l'évolution de la résistance mécanique et de la capacité de déformation des matériaux dans un domaine où la vitesse d'application de l'effort est comprise entre 0,5 et 20 m/s. L'essai de traction est une méthode couramment employée pour permettre une caractérisation du comportement mécanique d'un matériau. Cette caractérisation repose sur deux paramètres qui sont la contrainte et la déformation. L'essai de traction permet de soumettre une éprouvette à une charge et de mesurer simultanément la force transmise par l'éprouvette et son allongement. La force est facilement mesurée ; la mesure de l'allongement présente des difficultés plus grandes surtout lorsque l'essai steffectue à une vitesse imposée qui est relativement grande. Pour mener à bien ces essais, les machines du type hydropneumatiques permettent d'enregistrer l'historique de la force transmise par l'échantillon et celle du déplacement du vérin. L'enregistrement de l'essai s'effectue généralement sur un oscilloscope haute fréquence et toutes les valeurs sont ensuite stockées et traitées au moyen d'un ordinateur. Ce type de machine permet, par son système hydropneumatique, de réaliser un essai de traction à une vitesse pratiquement constante. Cependant, pour atteindre cette vitesse, le vérin doit parcourir une distance qui varie entre 50 et 100 mm. La machine comporte, entre la tige du vérin et le mors qui est interposé entre cette dernière et l'éprouvette, un temporisateur ou système accélérateur. Ce temporisateur permet à la tige du vérin de parcourir une certaine distance avant d'entraîner le mors chargé d'entraîner l'éprouvette. Le contact entre la tige du vérin et le mors provoque une onde de compression dans les deux pièces. Cette onde se propage dans le mors et dans l'éprouvette. L'intensité de cette onde de choc peut être supérieure à la limité élastique de l'éprouvette ;elle provoque des oscillations au niveau du mors qui relie l'éprouvette à la tige du vérin de traction.Ces oscillations introduisent des erreurs de mesure lors des essais. La présente invention propose des moyens qui permettent de réduire considérablement les risque d'erreurs dus à la perturbation provoquée par l'onde de choc au moment du contact entre le vérin, et en particulier sa tige, et le mors interposé entre cette dernière et 1 'éprouvette. L'invention consiste en un tampon interposé entre deux corps animés d'une vitesse différente, qui sont la tige du vérin et le mors solidaire de l'éprouvette. La différence relative de vitesse de ces deux corps a vocation à s' annuler ; les deux corps se choquent, l'un entraînant ou stoppant l'autre. Le tampon selon l'invention est constitué d'au moins deux blocs de meme épaisseur disposés en parallèle, l'un des blocs étant en matériau visqueux, l'autre étant en matériau élastique. Les dimensions et les proportions en volume des matériaux visco élastiques sont choisis de façon telle qu'elles permettent de contrôler d'une part, la distance nécessaire à l'annulation de la vitesse relative entre les deux corps, et, d'autre part, la force et l'onde de choc qui se forment et se propagent au moment de l'impact. Un tel tampon trouve son application partout où il est nécessaire d'annuler la vitesse relative entre deux corps dont l'un au moins est animé d'une vitesse comprise entre 0,5 et 20 m par seconde. Ce tampon permet soit d'accélérer soit de décélérer, dans un temps extremement court un corps au moyen d'un autre corps. Selon une disposition préférentielle de l'invention, le tampon se présente sous la forme d'un bloc composite dont l'impédance mécanique est très faible, réalisé en matériau du type polymère tel que téflon, polyuréthane, polyéthylène. Ce bloc pouvant etre constitué de deux rondelles concentriques de même épaisseur disposées entre les deux corps. L'invention concerne également une machine d'essais d'éprouvettes, utilisant le tampon selon l'invention. Cette machine d'essais est du type constituée, pour la partie mobile - d'une part, d' un vérin hydropneumatique soumis à des moyens de commande contrôlés pour établir, sur une partie au moins de la course de sa tige, une vitesse constante quelle que soit la sollicitation prévue et , - d'autre part, d'un mors qui permet l'accélération de ladite tige et qui retarde son action pendant le temps nécessaire à l'établissement de la vitesse constante prévue ; cette machine comprend encore, interposé entre la tige du vérin et ledit mors, le tampon composite servant à transmettre le mouvement de la tige du vérin et à amortir le choc au moment du contact entre ladite tige et le mors mobile sur lequel est fixée l'éprouvette. Toujours selon l'invention, cette machine comporte un tampon constitué de deux rondelles concentriques - une rondelle intérieure, traversée par la tige du mors et réalisée en un matériau du type polyuréthane, - une rondelle extérieure, montée serrée sur la rondelle intérieure et réalisée en un matériau du type téflon. L'invention sera encore détaillée à l'aide de la description suivante et des dessins annexés, donnés à titre indicatif, et dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique d'ensemble d'une machine d'essai d'éprouvettes ; - la figure 2 illustre de façon schématique, plus détaillée, le dispositif temporisateur, ou système accélérateur, interposé entre la tige du vérin et l'éprouvette ; - la figure 3 illustre en vue de dessus et en coupe le tampon selon l'invention, utilisé dans la machine d'essais des figures 1 et 2 - la figure 4 illustre un diagramme d'essai d'une éprouvette sans le tampon - la figure 5 illustre un diagramme d'essai d'une éprouvette avec le tampon selon l'invention. La machine représentée schématiquement figure 1, est utilisée pour réaliser des essais de traction d'éprouvettes 1. L'éprouvette est maintenue entre un mors fixe 2 solidaire du bâti 3 de la machine d'essai et un mors mobile 4 solidaire de la tige 5 d'un vérin 6. La tige 5 du vérin 6, est guidée par une traverse intermédiaire 7 solidaire des montants 8 du bâti 3 de la machine. Un capteur de force 9 est interposé entre le mors fixe 2 et le bâti 3. L'allongement de l'éprouvette est obtenu au moyen du vérin 6 et en particulier au moyen d'un système hydropneumatique. Un groupe hydraulique 11 permet d'actionner la tige 5 du vérin 6. Un second groupe 12 permet de stocker de l'azote dans un cylindre accumulateur 13. Cet accumulateur d'azote permet, grâce à un appareillage de commande et de contrôle, une mise en charge extrêmement rapide du vérin pour réaliser une accélération de la tige 5 et l'établissement d'une vitesse choisie. Cette vitesse est comprise entre 0,5 et 20 m/s. La distance parcourue par la tige 5 du vérin est de l'ordre de 500 mm. Pour atteindre sa vitesse nominale, la tige 5 du vérin doit parcourir une distance de l'ordre de 100 mm. Il est prévu, entre le mors 4 et la tige 5, un dispositif de temporisation ou système accélérateur, qui permet de retarder l'entraînement du mors 4 par la tige 5, tant que cette dernière nota pas atteint sa vitesse nominale d'essai. Ce dispositif temporisateur se situe au niveau de l'encadré, figure 1. I1 est représenté de façon plus détaillée figure 2. On remarque, sur cette figure, l'extrémité supérieure de la tige de vérin 5, le mors 4 dans lequel est emprisonnée une des extrémités de l'éprouvette 1 et, interposé entre ladite tige et ledit mors 4, le système de temporisation proprement dit. Ce système de temporisation consiste en une cage 15 solidaire de l'extrémité supérieure du vérin par l'intermédiaire d'une douille 16. Cette cage 15 est munie, à sa partie supérieure, d'une collerette 17 dans laquelle coulisse la partie inférieure du mors 4 en forme de tige 18. L'extrémité inférieure de la tige 18 du mors 4, comporte une embase 19 cylindrique, logée dans la cage 16. On remarque, entre l'embase 19 et la collerette 17, le tampon 20. Ainsi, en position de départ comme représenté en demi-vue à droite, la collerette 17 de la cage 15 se situe sous la partie supérieure du mors 4, en haut de la tige 18 ; sa course C entre sa position au niveau de la partie supérieure du mors 4 et celle représentée figure 2, ctestà-dire en butée sur l'embase 19, est suffisante pour permettre à la tige 5 du vérin d'atteindre sa vitesse nominale prévue. En fin de course, représentée en demivue à gauche, la collerette 17 entre en contact avec l'embase 19 par l'intermédiaire du tampon 20. Ce tampon 20 est chargé d'absorber le choc en fin de course et de transmettre le mouvement de la tige 5 du vérin au mors 4 et à l'éprouvette 1 par voie de conséquence. Ce tampon 20 est représenté figure 3 en vue de dessus et en coupe. Il est constitué de blocs 21 et 22 en matériaux présentant une impédance mécanique très faible. Ces matériaux sont des polymères tels que le téflon, polyuréthane, polyéthylène. Figure 3, on remarque que ces blocs 21 et 22, disposés en parallèle dans le même sens que le mouvement et l'effort, se présentent sous la forme d'un assemblage de deux rondelles concentriques, de même épaisseur. La rondelle intérieure est réalisée en matériau du type polyuréthane ; son diamètre intérieur correspond par exemple au diamètre de la tige 18 du mors 4 et son diamètre extérieur correspond au diamètre intérieur de la rondelle 22. De préférence, ces deux rondelles sont ajustées de façon serrée. La rondelle extérieure 22 est réalisée en un matériau du genre téflon. Les dimensions et les proportions des blocs sont choisies de façon telle qu'elles permettent de controler d'une part, la distance nécessaire pour annuler la différence de vitesse relative entre la tige 5 du vérin et le mors 4 et, d'autre part, la force et l'onde de choc au moment de l'impact entre la collerette 17 solidaire de l'extrémité de la tige 5 du vérin et l'embase 19 du mors 4. On a représenté figures 4 et 5 des résultats d'essais de traction réalisés sur des éprouvettes, de façon à mettre en évidence le role du tampon 20. La figure 4 représente un essai de comportement dynamique d'une éprouvette au moyen de la machine d'essai sans utilisation du tampon amortisseur 20. On remarque, sur la courbe, une dispersion de la force due à l'onde de choc ; cette variation perturbe considérablement les mesures visant à déterminer le comportement du matériau testé. Sur la figure 5, on remarque une courbe parfaitement régulière, pour un essai d'éprouvette réalisé avec le même matériau que dans le cas de la figure 4. La présence du tampon entre le vérin et le mors 4, sur la machine d'essais permet de supprimer toutes les forces parasites dues à l'onde de choc. On obtient une courbe de comportement dynamique du matériau facilement exploitable. Dans les exemples présentés figures 4 et 5, les vitesses moyennes du vérin sont de l'ordre de 5 m/s, et la variation de vitesse pendant l'essai est généralement inférieure à 5 %. Le tampon permet de diminuer considérablement l'amplitude des oscillations provoquées par le choc entre le vérin et le mors. L'emploi des deux rondelles viscoélastiques 21, 22 constituant le tampon 20, permet d'amortir les oscillations, en amplitude et en fréquence. Ces oscillations dépendent de l'inertie, des caractéristiques élastiques et géométriques des pièces en mouvement et en particulier du vérin du dispositif temporisateur du mors 4 et de l'éprouvette 1. Les dimensions des rondelles 21, 22, sont donc calculées en fonction de toutes ces caractéristiques des corps en mouvement et aussi, dans le cas d'une machine d'essai d'éprouvette, en fonction du comportement mécanique connu de l'échantillon à tester. Les signes de référence insérés après les caractéristiques techniques mentionnées dans les revendications ont pour seul but de faciliter la compréhension de ces dernières et n'en limitent aucunement la portée. - REVENDICATIONS 1.- Tampon interposé entre deux corps dont l'un au moins est animé d'une vitesse comprise entre 0,5 et 20 m/s, caractérisé en ce qu il est constitué d'au moins deux blocs de même épaisseur, disposés en parallèle dans le sens du mouvement, l'un des blocs étant en matériau visqueux, l'autre en matériau élastique, les dimensions et/ou les proportions en volume des matériaux viscoélastiques des blocs étant choisies en fonction des caractéristiques mécaniques desdits corps et de façon telle qu'elles permettent de controler d'une part, la distance nécessaire pour annuler la différence de vitesse relative entre lesdits corps, et, d'autre part, la force et l'onde de choc au moment de l'impact. 2.- Tampon selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste en un bloc composite en matériau d'impédance mécanique très faible, du type polymère tel que téflon, polyuréthane, polyéthylène. 3.- Machine d'essais d'éprouvettes du type constituée pour la partie mobile : - d'une part, d'un vérin hydropneumatique soumis à des moyens de commande controlés pour établir, sur une partie au moins de la course de sa tige (5), une vitesse constante quelle que soit la sollicitation prévue et, - d'autre part, d'un mors mobile (4) et d'un dispositif temporisateur qui permet de retarder l'action de ladite tige (5) pendant le temps nécessaire à l'établissement de la vitesse constante prévue, caractérisée en ce qu'elle comprend, interposé entre la tige (5) du vérin et le mors (4), un tampon (20) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, servant à transmettre le mouvement de la tige du vérin et à amortir le choc au moment du contact entre cette dernière et leditmors (4). 4.- Machine d'essais selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'elle comporte un tampon (20) constitué de deux rondelles concentriques (21, 22), de même épaisseur, disposées entre une embase (19) du mors (4) et une collerette (17) solidaire de l'extrémité supérieure de la tige (5) du vérin. 5.- Machine d'essais selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comporte deux rondelles concentriques : - une rondelle intérieure (21) traversée par la tige (18) du mors (4), réalisée en un matériau du type polyuréthane et, - une rondelle extérieure (22) montée serrée sur la rondelle intérieure (21) et réalisée en un matériau du type téflon.