Brevet FR2735235A1 — publié le 19961213

La présente invention concerne un appareil pour effectuer des essais mécaniques de flexion sur une pièce à tester. L'appareil est plus particulièrement destiné, quoique non exclusivement, à déterminer les propriétés thermoviscoélastiques de pièces constituées de matériaux à faible capacité d'amortissement tels que des polymères, métaux et composites, à partir d'un spectromètre mécanique dynamique comme type de moyens de mesure. Mais, il va de soi que l'appareil pourrait être utilisé pour l'étude de pièces réalisées en des matériaux différents et à partir d'autres moyens de mesure, dès l'instant où l'on souhaite déterminer la flexion d'une pièce soumise à des essais statique et/ou dynamique. Les appareils connus d'essais de flexion sur des pièces ou éprouvettes comportent généralement - un support - deux appuis liés audit support et sur lesquels peut reposer l'une des faces de ladite pièce, selon deux lignes de contact parallèles ; et - un organe déplaçable pour appliquer sur l'autre face opposée de ladite pièce, une force à égale distance desdits appuis. Ces appareils mettent en oeuvre des montages de flexion dénommés "à trois points", correspondant au contact des deux appuis et de la force d'application sur la pièce à tester. Des moyens de mesure sont par ailleurs prévus sur ces appareils pour déterminer les déformations des pièces soumises à des actions statiques ou dynamiques des forces d'application. Par exemple, les documents US-2 670 624 et US-2 677 271 enseignent de tels appareils. Bien qu'étant largement utilisés en raison de leur conception structurellement simple, ces appareils présentent néanmoins des inconvénients qui peuvent conduire à des résultats erronés et peu fiables. En effet, on sait que le contact entre la pièce et les appuis fixes du support entraine des frottements dont la valeur peut être variable en fonction de la matière en présence et du domaine de température de l'essai, de l'intensité de la force appliquée statiquement ou dynamiquement et, dans ce dernier cas, de la fréquence des sollicitations imposée. Ces frottements, qui doivent être vaincus, engendrent de plus un "bruit de fond" qui se superpose au spectre d'amortissement et qui découle des efforts de frottement de la pièce sur les deux appuis fixes lors de sa déformation. En conséquence, lorsque la pièce est soumise à une force, les lignes de contact entre la pièce et les deux appuis fixes changent, puisque la face correspondante de la pièce qui fléchit, se déplace sur les appuis, avec frottement. Si, dans le cas d'essai statique et pour des forces d'intensité importante, ces frottements n'ont que peu d'influence sur les résultats des déformations, en revanche, pour des forces de faible intensité pour lesquelles on souhaite déterminer les premières déformations des pièces, les résultats s'avèrent difficilement décelables avec précision et fiabilité, en raison des frottements à vaincre qui s'opposent à ces forces faibles. Dans le cas d'essai dynamique, les résultats sont là aussi imprécis, que l'intensité de la force soit faible ou élevée, à partir ou non d'un niveau de déformation statique imposé, puisque, dans ce type d'essai, le frottement introduit un retard dans la valeur maximale de la flèche à mesurer en raison de la fréquence des sollicitations, de sorte que celle-ci est difficilement mesurable avec précision. Pour tenter d'éviter ces inconvénients, on a proposé, par le document US-3 194 063, des appuis conformés en galets rotatifs sur lesquels s'applique la pièce à tester. Bien que les frottements soient réduits, ils demeurent toujours, avec les imprécisions dans les mesures exposées ci-dessus, que ceux-ci entraînent. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne un appareil d'essais de flexion sur des pièces dont la conception permet de s'affranchir des frottements entre les appuis et la pièce et de garantir des résultats de mesure fiables et précis lors d'essais statique et dynamique sous l'action de forces d'intensité faible et/ou élevée. A cet effet, l'appareil pour effectuer des essais mécaniques de flexion sur une pièce, du type décrit ci-dessus, est remarquable selon l'invention en ce que chacun desdits appuis, sur lesquels repose ladite pièce, est monté basculant dans un logement de réception prévu sur ledit support, autour d'une ligne parallèle auxdites lignes de contact, de façon que, lorsqu'une force est appliquée sur ladite pièce sous l'action dudit organe, lesdits appuis basculent par rapport à leurs logements respectifs autour desdites lignes correspondantes, tandis que lesdites lignes de contact entre les deux appuis et ladite pièce restent inchangées. Ainsi, grâce à l'invention, les appuis de l'appareil sont rendus mobiles par rapport au support, si bien que les frottements entre la pièce à tester et les appuis deviennent nuls. En effet, lors du fléchissement de la pièce, les appuis eux-mêmes basculent par rapport à leurs logements de réception dudit support alors que les lignes de contact entre les appuis et la pièce demeurent en place, sans se déplacer. En conséquence, cet agencement desdits appuis n'entraîne pas de frottement ni de bruit de fond susceptibles d'induire des résultats erronés concernant la valeur des flèches à mesurer, et il permet alors de déterminer avec précision des flèches lorsque la pièce est soumise à des forces de faible intensité ou lorsqu'elle est soumise à des essais dynamiques. De préférence, chaque appui présente au moins une surface arrondie sur une génératrice de laquelle repose la face correspondante de ladite pièce, pour former ladite ligne de contact. En variante, chaque appui pourrait présenter un bord longitudinal sur lequel repose la face correspondante de ladite pièce, pour former ladite ligne de contact. Dans un mode particulier de réalisation, chacun desdits logements de réception peut comprendre deux dièdres à surfaces en V, alignés et espacés parallèlement l'un de l'autre et qui reçoivent, dans les arêtes desdites surfaces en V, les extrémités respectives de l'appui correspondant, en définissant la ligne de basculement parallèle aux lignes de contact entre la pièce et lesdits appuis. Chaque appui est alors avantageusement défini par une tige cylindrique, dont les extrémités coopérant avec ledit logement de réception sont biseautées longitudinalement à la tige pour former un V, lesdites arêtes des V reposant sur celles des deux dièdres correspondants pour définir ladite ligne de basculement. La liaison entre les appuis et les logements est analogue à celle des couteaux de balance de pesée avec leurs fléaux, contribuant ainsi à un montage de précision pour les mesures à réaliser. Pour permettre le basculement des appuis dans les logements de réception, l'angle formé par lesdites extrémités biseautées de chaque appui est inférieur à l'angle des dièdres à surfaces en V de chaque logement de réception. En particulier, les deux dièdres de chaque logement de réception sont respectivement ménagés dans des pattes issues dudit support. De préférence, une masselotte est agencée sur chaque appui dans la partie centrale de celui-ci et du côté de la ligne de basculement sur le logement de réception, lesdites masselottes jouant le rôle de contrepoids lors d'essais dynamiques. De même, dans ce cas, des butées sont disposées sur ledit support pour maintenir lesdits appuis dans leurs logements de réception respectifs. Par exemple, ledit support est fixé, par centrage, à des moyens de mesure tels qu'un spectromètre mécanique dynamique. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 montre, en perspective éclatée, l'appareil d'essais de flexion selon l'invention, avant assemblage des principales pièces constitutives. La figure 2 représente, en perspective, ledit appareil après assemblage desdites pièces. La figure 3 est une vue en perspective agrandie de l'un desdits appuis de l'appareil. La figure 4 représente schématiquement ledit appareil avant un essai de flexion sur une pièce. La figure 5 représente schématiquement ledit appareil pendant l'essai de flexion sur la pièce. Les figures 6 et 7 représentent respectivement les positions occupées par l'un desdits appuis avant et pendant l'essai de flexion. L'appareil d'essais de flexion 1, montré sur les figures 1 et 2, comprend notamment un support 2 et deux appuis 3 et 4 qui sont aptes à reposer, de façon mobile selon l'invention, sur des logements de réception 5 prévus sur le support, et qui sont destinés à supporter respectivement les deux extrémités d'une pièce à tester. En particulier, le support 2 présente la forme d'une plaque épaisse, rectangulaire qui se prolonge perpendiculairement par des pattes 6, au voisinage de ses quatre coins. Chaque patte 6 se termine par une face transversale d'extrémité 6A dans laquelle est ménage un dièdre 6B en forme de V ouvert vers l'extérieur, constitué de deux surfaces 6C et 6D. Chaque ensemble de deux pattes 6, qui sont situées en vis-à-vis l'une de l'autre respectivement sur les deux grands côtés du support 2 rectangulaire, définit un logement de réception 5 par l'intermédiaire des deux dièdres 6B alignés, pour l'appui correspondant 3. Ces dièdres 6B présentent une configuration identique et les deux ensembles de deux dièdres chacun, qui définissent les logements de réception des appuis, sont bien entendu parallèles l'un par rapport à l'autre. En ce qui concerne les appuis 3 et 4, qui sont par ailleurs rigoureusement identiques entre eux, ils sont constitués, chacun, par une tige cylindrique 3A, 4A dont les extrémités 3B, 4B sont destinées à reposer sur les dièdres 6B des pattes correspondantes. Avantageusement, comme le montrent les figures 1 à 3, les extrémités 3B, 4B des tiges sont biseautées longitudinalement pour former un V ou partie en V, référencé 3C, 4C. Ainsi, les arêtes 3D, 4D desdites parties en V de chaque tige 3A, 4A sont aptes à coopérer avec les arêtes 6E des deux dièdres alignés, correspondants 6B desdites pattes, pour définir ainsi une ligne de basculement LB pour l'appui correspondant 3, 4 par rapport à son logement de réception 5. Les deux lignes de basculement LB des deux appuis sur leurs logements respectifs sont parallèles entre elles.Par conséquent, les appuis peuvent basculer autour desdites lignes LB dans lesdits logements. Géométriquement, l'angle ouvert formé par les surfaces 6C et 6D en V des dièdres 6B est supérieur à celui formé par les surfaces 3C1 ou 4C1 des parties biseautées en V des tiges 3A, 4A. Par exemple, la valeur de l'angle des dièdres peut être comprise entre 1200 et 1500, tandis que la valeur de l'angle des parties en V des tiges est sensiblement égale à 900. Aussi, la longueur des tiges 3A, 4A correspond à celle séparant les pattes 6 d'un même ensemble. On remarque, par ailleurs, que la partie centrale 3E, 4E desdites tiges, formant les appuis, est munie d'une masselotte 3F, 4F située du côté des V et qui peut être rapportée par soudage sur la tige. Leur rôle sera explicité ultérieurement. En outre, le support 2 est pourvu dans cet exemple de deux goupilles de centrage 7, qui sont susceptibles de s'engager dans des trous correspondants 8A ménagés dans la colonne inférieure 8 de mesure d'un spectromètre mécanique dynamique, par exemple, non représenté dudit appareil 1 et permettant d'effectuer des essais de flexion dans une plage de température importante. Une vis de fixation 9 assure ensuite la liaison définitive entre le support 2 et la colonne 8. Des butées 10 peuvent être de plus rapportées sur le support 2 pour maintenir en place les appuis 3, 4 lors d'essais dynamiques sans toutefois empêcher leur basculement. Dans ce mode de réalisation, les butées au nombre de quatre (deux pour maintenir les extrémités de chaque tige) se présentent chacune sous la forme d'un L dont le grand côté 10A s'applique contre la patte correspondante en y étant fixé par une vis 11, tandis que le petit côté vient coiffer l'extrémité correspondante 3B, 4B de la tige cylindrique 3, 4, mais sur la partie cylindrique 3G, 4G de celle-ci, opposée à la partie en V 3C, 4C. Les surfaces 6C et 6D des dièdres et les surfaces 3C1 et 4C1 des parties biseautées en V des tiges peuvent avoir subies un traitement superficiel de lubrification pour minimiser les efforts de frottement, tel que par lubrifiant solide polymérisé. Avant les expérimentations, les appuis 3 et 4 sont centrés dans les logements de réception 5 pour occuper la position illustrée sur la figure 4 pour laquelle les arêtes 3D, 4D des extrémités des tiges reposent sur celles 6E des dièdres, à la manière des couteaux des fléaux de balance de précision, en définissant les lignes de basculement parallèles LB. Une pièce P à tester, telle qu'une plaque d'échantillon en matière composite ou non, est agencée sur les deux appuis 3, 4 à égale distance de ceux-ci, si bien que la face inférieure PI de la pièce repose sur une génératrice de la surface arrondie des deux tiges cylindriques 3A, 4A, selon deux lignes de contact LC parallèles entre elles et aux lignes de basculement LB. Comme le montre la figure 4, l'appareil 1 comprend un organe déplaçable 12 susceptible d'appliquer une force F sur la face extérieure PE de la pièce, située à égale distance des appuis 3, 4. La figure 6 montre d'ailleurs la position initiale occupée par l'un desdits appuis, par exemple l'appui 3, avant l'application de la force F avec ses contacts avec la pièce P et le logement 5 par les lignes respectives de contact LC et de basculement LB. Grâce à ces appuis mobiles 3 et 4, les frottements apparaissant entre la face inférieure PI de la pièce à tester P et les appuis 3, 4 sont supprimés puisque, lorsqu'une force F est appliquée sur la pièce (figure 5), ces derniers basculent en opposition l'un de l'autre autour de leurs lignes de basculement LB, tandis que les lignes de contact LC restent inchangées, au même endroit, ce qui montre qu'il n'y a pas eu de frottement entre la pièce et lesdits appuis. Puisque les frottements et les bruits de fond qui en résultent sont supprimés, les résultats des mesures de la flèche des pièces sont nettement améliorés, notamment dans le cas de forces à faible intensité lors d'essais statiques. En effet, les premières déformations des pièces peuvent être décelées et cela avec précision. Lors d'essais dynamiques, la pièce oscille de part et d'autre d'un niveau de déformation statique imposé par exemple par la force sur la figure 5. A partir de ce niveau, la pièce est soumise à des forces cycliques, réalisées par exemple en incrémentation de fréquence. Les appuis mobiles 3 et 4 suivent alors parfaitement les mouvements de la pièce et se déplacent en rotation dans leur logement 5 par rapport aux lignes de basculement LB. Par ailleurs, chaque fois que la force dynamique cesse, les appuis 3 et 4 sont moins chargés, et les masselottes 3F, 4F, qui sont soudées sur la partie centrale des tiges, jouent le rôle de contrepoids et facilitent ainsi le retour de rotation de chaque appui qui accompagne celui de la pièce, ce qui est particulièrement appréciable lorsque les essais sont réalisés en incrémentation de fréquence. Compte tenu de ce qui précède, l'appareil d'essais de flexion à appuis libres mobiles, comparé aux appareils usuels à appuis fixes, procure une meilleure reproductibilité expérimentale et permet de réduire le domaine d'incertitude des mesures, lors d'essais statiques et/ou dynamiques, par la suppression des frottements entre la pièce à tester et les appuis mobiles dudit appareil. REVENDICATIONS 1. Appareil pour effectuer des essais mécaniques de flexion sur une pièce, du type comportant - un support (2) ; - deux appuis (3, 4) liés audit support et sur lesquels peut reposer l'une des faces de ladite pièce, selon deux lignes de contact parallèles (LC) ; et - un organe déplaçable pour appliquer sur l'autre face opposée de ladite pièce, une force à égale distance desdits appuis, caractérisé en ce que chacun desdits appuis, sur lesquels repose ladite pièce, est monté basculant dans un logement de réception (5) prévu sur ledit support (2), autour d'une ligne parallèle auxdites lignes de contact, de façon que, lorsqu'une force est appliquée sur ladite pièce sous l'action dudit organe, lesdits appuis (3, 4) basculent par rapport à leurs logements respectifs (5) autour desdites lignes correspondantes (LB), tandis que lesdites lignes de contact (LC) entre les deux appuis et ladite pièce restent inchangées. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque appui (3, 4) présente au moins une surface arrondie sur une génératrice de laquelle repose la face correspondante de ladite pièce, pour former ladite ligne de contact (LC). 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque appui (3, 4) présente un bord longitudinal sur lequel repose la face correspondante de ladite pièce, pour former ladite ligne de contact (LC). 4. Appareil selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacun desdits logements de réception comprend deux dièdres (6B) à surfaces en V, alignés et espacés parallèlement l'un de l'autre et qui reçoivent, dans les arêtes desdites surfaces en V, les extrémités respectives de l'appui correspondant (3, 4), en définissant la ligne de basculement parallèle aux lignes de contact entre la pièce et lesdits appuis. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque appui (3, 4) est défini par une tige cylindrique (3A, 4A), dont les extrémités (3B, 4B) coopérant avec ledit logement de réception, sont biseautées longitudinalement à la tige pour former un V, lesdites arêtes (3B, 4B) des V reposant sur celles (6E) des deux dièdres correspondants (6B) pour definir ladite ligne de basculement (LB). 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'angle formé par lesdites extrémités biseautées (3B, 4B) de chaque appui est inférieur à l'angle des dièdres (6B) à surfaces en V de chaque logement de réception (5). 7. Appareil selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les deux dièdres (6B) de chaque logement de réception (5) sont respectivement ménagés dans des pattes (6) issues dudit support (2). 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 7, caractérisé en ce qu'une masselotte (3F, 4F) est agencée sur chaque appui (3, 4) dans la partie centrale de celui-ci et du côté de la ligne de basculement sur le logement de réception. 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 8, caractérisé en ce que des butées (10) sont disposées sur ledit support (2) pour maintenir lesdits appuis (3, 4) dans leurs logements de réception respectifs (5). 10. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes 1 à 91 caractérisé en ce que ledit support (2) est fixé, par centrage, à des moyens de mesure tels qu'un spectromètre mécanique dynamique.