Brevet FR2770645A1 — publié le 19990507

DISPOSITIF D'ESSAI EN TRACTION D'UNE EPROUVETTE ET PROCEDE D'ESSAI EN TRACTION. La présente invention concerne le domaine des essais de matériaux, en particulier dans le domaine de la métallurgie. Elle concerne plus particulièrement le domaine des extensomètres, destinés à mesurer la déformation par fluage d'éprouvettes soumises à des températures élevées dans des fours. Ces dispositifs sont destinés à la mesure des données de fluage et des déformations élastiques et plastiques d'un matériau pour l'estimation de la stabilité dimensionnelle d'une structure utilisant ledit matériau, et l'évaluation de la durée d'exploitation. De tels extensomètres sont connus dans l'état de la technique. Un exemple de réalisation est décrit dans la revue METAUX n05 de 1969, p. 361-374. Ils sont habituellement constitués par deux organes propres à retenir les extrémités de l'éprouvette, et à exercer une traction relative sur un tronçon de mesure. Des moyens de mesure déterminent l'allongement du tronçon de mesure de l'éprouvette. A titre d'exemple, on se référera au brevet français FR2662801 décrivant un tel dispositif d'essai. Un des problèmes à résoudre avec ce type de dispositif est d'assurer le parfait alignement de l'axe de l'éprouvette avec l'axe de la traction. Le brevet français FR2485196 décrit un dispositif amélioré de fixation d'éprouvette pour des essais de traction. Ce dispositif comporte deux têtes de fixation en matériau céramique ayant chacune une ouverture conique recevant un bloc de fixation. Ce bloc de fixation en deux parties présente un passage axial pour l'éprouvette dont un renflement d'extrémité s'appuie sur la face postérieure du bloc. Un tel dispositif est satisfaisant lorsque l'éprouvette est parfaitement usinée et ne présente aucune irrégularité. Par contre, dès qu'une anomalie de surface apparaît, il y un risque de mauvais alignement de l'éprouvette par rapport à l'axe des efforts appliqués par la ligne de charge. Pour éviter ce problème, on a proposé dans le brevet français FR2687474 une compensation automatique du moment de flexion dans l'éprouvette d'essai. Les deux têtes de serrage d'échantillon sont pourvues chacune de trois éléments de réglage linéaire piézo-électriques dont la direction de réglage s'étend parallèlement à la direction de la force d'essai. Les éléments de réglage sont par ailleurs disposes aux sommets d'un triangle équilatéral. Un capteur de mesure de force est associé à chaque élément de réglage. Un réglage en longueur des éléments de réglage commandé par un régulateur, jusqu'à ce que ces éléments soient sollicités par la même force de traction ou de compression, permet de réaliser un serrage de l'éprouvette d'essai, dans une large mesure sans moment de flexion. Cette solution n'est pas satisfaisante car elle se traduit par un coût élevé et une fiabilité médiocre. Dans un domaine différent qui est celui de l'essai de lames de céramique, on a proposé dans le brevet européen EP412348 un dispositif de fixation pour éprouvettes sans moment de flexion. Dans ce brevet, les éléments récepteurs présentent des faces extérieures sphériques, reçues dans des surfaces conjuguées sphériques. Les éléments récepteurs sont réalisés sous forme de sphères pouvant être insérées dans des trous ou des perçages transversaux adaptés, ménagés sur les extrémités d'éprouvettes. Ce mode de réalisation n'est pas adapté à des essais d'éprouvettes cylindriques. En effet, la fixation de telles éprouvettes ne peut pas être réalisée par l'intermédiaire de trous transversaux. De tels trous créeraient une dissymétrie par rapport à l'axe longitudinal de l'éprouvette et fausseraient les mesures. Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif permettant de garantir un parfait alignement de l'éprouvette avec l'axe selon lequel sont exercés les efforts. Un deuxième but de l'invention est de réduire l'encombrement transversal du dispositif afin de permettre l'utilisation dans un four de petite dimension d'un dispositif pouvant recevoir plusieurs éprouvettes. A cet effet, l'invention concerne dans son acception la plus générale un dispositif d'essai en traction d'une éprouvette présentant un tronçon de mesure cylindrique et deux têtes d'ancrage. Le dispositif selon l'invention est constitué par une ligne de charge formée par une tête d'amarrage supérieure et une tête d'amarrage inférieure soumise à un effort axial, ainsi que par une tige de renvoi supérieure propre à venir en appui sous la surface de la tête d'ancrage supérieure de l'éprouvette et une tige de renvoi inférieure propre à venir en appui sous la surface de la tête d'ancrage inférieure. Le dispositif comporte en outre des moyens de mesure de la distance entre deux éléments d'indexation solidaires respectivement de la tige de renvoi supérieure et de la tige de renvoi inférieur. Le dispositif selon l'invention est caractérisé en ce que l'une au moins des tiges de renvoi présente un palpeur muni d'une cavité semi-cylindrique pour recevoir une surface complémentaire semi-sphérique prévue entre le tronçon de mesure et la tête d'ancrage de l'éprouvette, ladite tête d'ancrage de l'éprouvette étant constituée par une extrémité filetée se raccordant au tronçon de mesure par une surface frontale semi-sphérique. La liaison entre les tiges de renvoi et l'éprouvette se fait ainsi avec un effet de rotule conférant un degré de liberté relatif en rotation autour d'un point situé sur l'axe longitudinal de l'éprouvette. Avantageusement, l'un au moins des palpeurs présente une forme de fourche horizontale. Selon un mode de réalisation préféré, les palpeurs présentent une forme de fourche horizontale présentant une découpe en forme de "U" dont le fond présente dans le plan transversal un rayon de courbure inférieur légèrement supérieur au rayon du tronçon de mesure de l'éprouvette, ledit fond s'étendant sur environ 1800, et présentant une concavité dont le rayon de courbure correspond sensiblement à celui de la surface frontale semisphérique de l'éprouvette. Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif comporte au moins deux lignes de charges parallèles. Selon une variante préférée, les tiges de renvoi sont guidées par un élément de guidage présentant pour chaque tige de renvoi un logement délimité par des rouleaux de guidage. Avantageusement, l'un des rouleaux de guidage présente une gorge propre à assurer le positionnement transversal de la tige de renvoi. Selon une variante de réalisation particulière, l'élément de guidage est formé par une bride de serrage venant se fixer sur la ligne d'amarrage, ladite bride de serrage présentant au moins un rouleau d'appui sur une tige de renvoi et recevant au moins une pièce d'appui complémentaire présentant un rouleau d'appui. L'invention concerne également un procédé d'essai en traction d'un matériau, du type consistant à réaliser une éprouvette présentant un tronçon de mesure cylindrique et deux têtes d'ancrage et à exercer des efforts longitudinaux sur le tronçon de mesure à l'aide d'un dispositif constitué par une ligne de charge formée par une tête d'amarrage supérieure et une tête d'amarrage inférieure et à mesurer l'élongation du tronçon de mesure de l'éprouvette à l'aide d'un capteur relié aux tête d'ancrage par des tiges de renvoi, caractérisé en ce que l'on forme sur l'éprouvette une surface frontale semi-sphérique, ladite surface frontale présentant un degré de liberté sphérique par rapport à une cavité semi-cylindrique complémentaire prévue sur le palpeur situé à l'extrémité de la tige de renvoi. Avantageusement, l'éprouvette présente une gorge à proximité de la zone semi-sphérique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, se référant aux dessins annexés relatifs à un exemple non limitatif de réalisation où - la figure 1 représente une vue de profil d'un exemple de réalisation du dispositif; - les figures 2 et 3 représentent des vues agrandies de la tête d'arrimage respectivement de dessus et selon un plan de coupe AA - la figure 4 représente une vue de face de l'éprouvette ; - les figures 5 et 6 représentent des vues agrandies de deux modes de réalisation de la zone de liaison des éprouvettes - les figures 7 et 8 représentent des vues respectivement de profil et de dessus des pièces de guidage. Le dispositif selon un exemple de réalisation de l'invention est représenté en figure 1. I1 comporte une ligne d'amarrage supérieure (1) et une ligne d'amarrage inférieure (2) permettant d'exercer une traction sur une éprouvette (3). Les lignes d'amarrages présentent à leur extrémité des têtes d'amarrage (4, 5) présentant une cavité médullaire (6) filetée. L'extrémité de l'éprouvette présente un filetage complémentaire pour la solidarisation des deux extrémités (7, 8) dans les têtes d'amarrage. La ligne d'amarrage supérieure (1) est solidaire d'un châssis rigide non représenté. La ligne d'amarrage inférieure (2) subit un effort par l'intermédiaire d'un poids suspendu ou d'un vérin de liaison avec le châssis. La mesure de l'élongation du tronçon de mesure (9) de l'éprouvette (3) est réalisé à l'aide d'un capteux qui est, dans l'exemple représenté, ajusté par une vis micrométrique (10). Deux tiges de renvoi (11, 12) assurent la liaison entre les extrémités du tronçon de mesure (9) de l'éprouvette (3) et les repères indexés (13, 14) du capteur (10). Ces tiges s'étendent de part et d'autre de la ligne d'amarrage inférieure, parallèlement à l'axe d'effort qui est lui-même confondu avec l'axe longitudinal de l'éprouvette (3). Afin d'assurer la rigidité des tiges de renvoi (11, 12) dans le plan transversal, le dispositif comporte une bride de serrage (30). Cette bride de serrage évite les déformations des tiges de renvoi qui peuvent atteindre des longueurs importantes. La liaison entre les extrémités du tronçon de mesure (9) de l'éprouvette (3) et les tiges de renvoi (11, 12) s'effectue à l'aide de palpeurs (13, 14) dont les figures 2 et 3 représentent des vues agrandies de la tête d'arrimage respectivement de dessus et selon un plan de coupe AA. Ces palpeurs (13, 14) sont soudés sur l'extrémité des tiges de renvoi (11, 12) pour former des fourches sensiblement perpendiculaires aux tiges (11, 12). Ils sont réalisés en un matériau réfractaire tel que 1'HASTELLOY X. Ils présentent une épaisseur de l'ordre de 6,35 mm, une longueur de l'ordre de 27,5 mm et une largeur de l'ordre de 13 mm. Ils présentent un trou d'un diamètre de 7 mm pour le passage de l'extrémité de la tige de renvoi, ainsi qu'une découpe (16) en forme de "U" s'ouvrant sur l'une des faces (17). Cette découpe présente une partie arrière formant un demi-cercle (18) se prolongeant jusqu'au bord (17) du palpeur par une partie délimitée par des bords (19, 50) rectilignes, et parallèles, dont l'écartement est de 5,5 mm, soit très légèrement supérieur à la section du tronçon de mesure (9) de l'éprouvette (3), qui est de 5 mm. Le fond de la découpe présente par ailleurs une forme semi-sphérique avec un rayon de courbure de l'ordre de 5 mm Les palpeurs présentent ainsi une surface formant une rotule de forme sensiblement complémentaire de a forme de la partie de raccordement de l'éprouvette, représentée en figure 5. L'éprouvette de fluage présente une forme générale cylindrique, avec une partie centrale formant le tronçon de mesure (9) d'une longueur de 30 mm et d'une section de 5 mm et deux têtes d'ancrage (7, 8) filetées d'une longueur de 17 mm et d'une section de 9,15 mm. L'éprouvette présente entre le tronçon de mesure (9) et les têtes d'ancrage (7, 8) une zone de raccordement de forme globale semi-sphérique (20, 21). La figure 5 représente une vue agrandie d'un premier exemple de réalisation. La zone d'appui semisphérique (20) se prolonge vers le tronçon de mesure (9) par une gorge semi-annulaire (22) dont le rayon de courbure est de l'ordre de 0,5mm. La fonction de cette gorge (22) est de reprendre les efforts et rendre la mesure de fluage indépendante de la forme. La longueur de la zone d'appui (20) est de l'ordre de 2 ram. La figure 6 représente une vue d'une variante de réalisation d'une éprouvette. Cette éprouvette présente une gorge (23) prévue non plus du coté du tronçon de mesure (9), mais en arrière de la zone d'appui (20), et en avant de la tête d'ancrage filetée (7). Les figures 7 et 8 représentent des vues respectivement de profil et de dessus des pièces de guidage. La bride de guidage (30) entoure la tige (31) de la ligne d'amarrage inférieure (5). Elle présente un canal médullaire fendu (32) d'une section sensiblement égale à celle de la tige (31) de la ligne d'amarrage (5). De part et d'autre de cette bride (30) sont prévues des pièces d'appui (33, 34) mobiles, pressées en direction de la bride par des ressorts (35, 36) et guidées par des axes transversaux (37, 38). La bride central (30) présente des rouleaux (39, 40). Les pièces d'appui (33, 34) comportent également des rouleaux (41, 42) présentant des gorges dont la largeur correspond sensiblement à la section des tiges de renvoi (11, 12). Les tiges de renvoi (11, 12) traversent cet élément de guidage, entre les rouleaux (39, 40) de la bride centrale et les rouleaux (41,42) des pièces complémentaires (34, 35). Cet élément de guidage évite les déformations des tiges de renvoi (11, 12) dans le plan transversale, tout en permettant une liberté des déplacement suivant les directions longitudinales. Un exemple non décrit de réalisation consiste à associer sur un même dispositif plusieurs lignes d'amarrage parallèles permettant de tester plusieurs éprouvettes simultanément. Le mode de réalisation selon l'invention est particulièrement adapté à de telles variantes car l'encombrement latéral est faible et autorise la disposition d'une pluralité de tiges de renvoi autour d'une ligne d'amarrage inférieure commune. REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'essai en traction d'une éprouvette (3) présentant un tronçon de mesure (9) cylindrique et deux têtes d'ancrage (7, 8), le dispositif étant constitué par une ligne de charge formée par une tête d'amarrage supérieure et une tête d'amarrage inférieure soumise à un effort axial, ainsi que par une tige de renvoi supérieure propre à venir en appui sur la surface de la tête d'ancrage supérieure de l'éprouvette (3) et une tige de renvoi inférieure propre à venir en appui sur la surface de la tête d'ancrage inférieure, le dispositif comportant en outre des moyens de mesure de la distance entre deux éléments d'indexation solidaires respectivement de la tige de renvoi supérieure et de la tige de renvoi inférieur, caractérisé en ce que l'une au moins des tiges de renvoi (11, 12) présente un palpeur muni d'une cavité semicylindrique pour recevoir une surface complémentaire semisphérique prévue entre le tronçon de mesure (9) et la tête d'ancrage (7) de l'éprouvette (3), ladite tête d'ancrage (7) de l'éprouvette (3) étant constituée par une extrémité filetée se raccordant au tronçon de mesure (9) par une surface frontale semi-sphérique. 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'une au moins des tiges de renvoi (11, 12) présente un palpeur en forme de fourche horizontale. 3 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'un au moins des palpeur présente une forme de fourche horizontale présentant une découpe en forme de "U" dont le fond présente dans le plan transversal un rayon de courbure inférieur légèrement supérieur au rayon du tronçon de mesure (9) de l'éprouvette (3), ledit fond s'étendant sur environ 1800, et présentant une concavité dont le rayon de courbure correspond sensiblement à celui de la surface frontale semi-sphérique de l'éprouvette (3). 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux lignes de charges parallèles. 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les tiges de renvoi (11, 12) sont guidées par un élément de guidage présentant pour chaque tige de renvoi un logement délimité par des rouleaux de guidage. 6 - Dispositif selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'un des rouleaux de guidage présente une gorge propre à assurer le positionnement transversal de la tige de renvoi. 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6 caractérisé en ce que l'élément de guidage est formé par une bride de serrage venant se fixer sur la ligne d'amarrage, ladite bride de serrage présentant au moins un rouleau d'appui sur une tige de renvoi et recevant au moins une pièce d'appui complémentaire présentant un rouleau d'appui. 8 - Procédé d'essai en traction d'un matériau, du type consistant à réaliser une éprouvette (3) présentant un tronçon de mesure (9) cylindrique et deux têtes d'ancrage (7, 8) et à exercer des efforts longitudinaux sur le tronçon de mesure à l'aide d'un dispositif constitué par une ligne de charge formée par une tête d'amarrage supérieure (4) et une tête d'amarrage inférieure (5) et à mesurer l'élongation du tronçon de mesure (9) de l'éprouvette à l'aide d'un capteur relié aux tête d'ancrage (7, 8) par des tiges de renvoi (11, 12) caractérisé en ce que l'on forme sur l'éprouvette une surface frontale semi-sphérique (20), ladite surface frontale présentant un degré de liberté sphérique par rapport à une cavité semi-cylindrique complémentaire prévue sur le palpeur situé à l'extrémité de la tige de renvoi. 9 - Procédé d'essai en traction selon la revendication précédente caractérisé en ce que l'éprouvette (3) présente une gorge (23) à proximité de la zone semisphérique (20).