Brevet FR2936314A1 — publié le 20100326

DISPOSITIF MOYEN D'ESSAI EN GLISSEMENT ET EN FROTTEMENT La présente invention concerne un dispositif moyen d'essai en glissement et en frottement pour mesurer les effets du glissement et du frottement d'un objet mobile notamment de forme générale cylindrique se déplaçant rapidement dans un réceptacle. L'invention se situe dans le domaine des essais de structures à l'échelle 1, représentatifs en termes d'environnement, d'architecture et de sollicitation des conditions rencontrées en conditions réelles par ces structures. Il s'agit de s'assurer que ces structures conviendront lors de leur fonctionnement en conditions réelles. Dans le cas particulier objet de ce document, il s'agit d'évaluer en conditions représentatives un interface frottant en translation rotation entre un tube et un objet à l'intérieur de ce tube. On s'intéresse plus particulièrement au cas où le tube comporte des garnitures internes adaptées à maintenir l'objet en position. Dans un tel cas, l'insertion de l'objet dans le tube ou sa sortie du tube peut conduire à un roulis ou à des vibrations préjudiciables pour l'objet ou le tube. L'objectif des essais est en particulier de caractériser le comportement des interfaces entre un tube et un objet inséré ou extrait de ce tube et en particulier entre une garniture interne au tube et l'objet introduit dans le tube et en contact avec cette garniture afin de déterminer l'origine du roulis ou des vibrations de l'objet lors de son insertion dans le tube ou de sa sortie du tube et d'y remédier. Le dispositif comporte un secteur représentatif de l'intérieur d'un tube, par exemple représentatif d'une garniture ou une partie de garniture interne au tube, mis en contact avec une structure représentative d'un segment de cylindre de l'objet introduit dans le tube et les essais réalisés par le dispositif de l'invention consistent à appliquer au moyen du secteur représentatif de l'intérieur du tube un effort de compression sur la structure représentative du segment de cylindre de l'objet introduit dans le tube, puis de faire glisser le secteur contre la structure sous cet effort en respectant des conditions de mouvement imposées notamment une translation et une rotation de la structure pour simuler un roulis, et en mesurant les efforts et effets de ces conditions de mouvement imposées. pour ce faire l'invention propose un dispositif moyen d'essai en glissement et en frottement qui comporte un secteur représentatif de l'intérieur d'un tube mis en contact avec une structure représentative d'un segment de cylindre externe d'un objet introduit dans le tube, des moyens d'application d'un effort de compression au moyen du secteur représentatif d'une partie de l'intérieur du tube sur la structure représentative du diamètre externe de l'objet introduit dans le tube, des moyens de déplacement adaptés à appliquer un déplacement relatif entre le secteur et la structure pour faire glisser le secteur contre la structure sous l'effort de compression, en respectant des conditions de mouvement imposées, notamment une translation et une rotation de la structure pour simuler un roulis, et des moyens de mesure adaptés à mesurer les efforts et effets de ces conditions de mouvement imposées. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description d'un exemple de réalisation non limitatif de l'invention en référence aux dessins qui représentent: en figure 1: une vue en perspective d'un dispositif selon l'invention; en figure 2: une vue de côté du dispositif de la figure 1; en figure 3: une vue en perspective d'un chariot support du dispositif de la figure 1; en figure 4: une vue de dessus d'un détail du dispositif de la figure 1 représentant le chariot de la figure 3 en position de fonctionnement; en figure 5: une vue en perspective d'un bâti mobile support d'un élément de structure du dispositif de la figure 1; aux figures 6A et 6B: des vues schématiques de deux modes de mesure selon l'invention; en figure 7: un détail d'une partie d'un dispositif d'entraînement de l'invention. La figure 1 représente un dispositif moyen d'essai en glissement et en frottement selon l'invention. Ce dispositif comporte un bâti fixe 20 pourvu de traverses 21 sur lesquelles sont fixées des charnières 22 sur lesquelles un bâti mobile 23 est monté pivotant. Le bâti mobile 23 porte une structure représentative d'un segment de cylindre externe d'un objet destiné à être introduit dans un tube. La structure représentative d'un segment de diamètre externe de l'objet constitue un mannequin prenant en compte les caractéristiques des matériaux et revêtements de surface de l'objet et pouvant prendre en compte des diamètres mini, maxi et des singularités telles que des ressauts. Le mannequin monté sur le bâti mobile 23 est mis en contact avec un secteur 2 représentatif de l'intérieur du tube, par exemple, une portion de garniture interne ou une garniture interne complète. Des moyens d'application d'un effort de compression au moyen du secteur représentatif d'une partie de l'intérieur du tube sur la structure représentative du diamètre externe de l'objet introduit dans le tube sont réalisés à partir d'un chariot 15 de guidage du secteur représentatif de l'intérieur du tube. Le chariot est monté coulissant sur un ou plusieurs rails de guidage 16 permettant une course du chariot selon l'exemple de 1500 mm qui autorise un mouvement de translation de la garniture par rapport au mannequin selon un axe x vertical parallèle à l'axe de révolution définissant le segment de cylindre constitué par le mannequin. Le chariot est accroché à des moyens de déplacement, ici un câble 7 mû par un treuil 6 adaptés à appliquer un déplacement relatif entre le secteur et la structure pour faire glisser le secteur contre la structure sous l'effort de compression, en respectant des conditions de mouvement imposées, et des moyens de mesure adaptés à mesurer les efforts et effets de ces conditions de mouvement imposées. La figure 2 représente le chariot 15 en position basse avant le début de l'essai pour lequel on fait monter le chariot avec le câble 7 à l'aide du treuil 6. Selon l'exemple, le treuil est disposé sur un support du côté opposé au chariot et le câble 7 court sur des poulies de renvoi d'angle 24. Les moyens de déplacement constitués par le treuil 6, le câble 7 et le chariot 15 sont adaptés à déplacer le secteur selon une vitesse de déplacement selon la direction x parallèle à l'axe du tube réglable de 10mm/s à 20mm/s pour être représentative de l'insertion de l'objet dans son tube. Pour cette simulation, selon un mode de réalisation, le treuil enroule le câble et fait monter le chariot. Dans ce cadre en particulier, les moyens de déplacement 6, 7 sont adaptés à déplacer le secteur selon une vitesse de déplacement constante sur une distance d'au moins 1000 mm soit les deux tiers de la hauteur de déplacement du chariot pour laisser une plage d'accélération et de décélération au chariot. Pour simuler la sortie de l'objet du tube les moyens de déplacement 6, 7, 15 sont adaptés à déplacer le secteur selon une vitesse de déplacement d'au moins une dizaine de m/s. Cette simulation peut être notamment réalisée une fois le chariot en haut du bâti fixe en débrayant le treuil pour laisser redescendre le chariot sous l'action de son propre poids, ce qui correspond à une accélération constante ou réalisée en faisant monter le chariot en utilisant un treuil suffisamment puissant, ou un vérin hydraulique ou électrique pour des vitesses de déplacement élevées, en sorte de conserver une plage de vitesse constante lors du déplacement du chariot. Dans le cas d'un vérin destiné à reproduire une sortie rapide du tube, on retire le treuil et le câble 7. On remplace le câble au dessus du chariot par une tige fixée au vérin qui sera disposé verticalement au dessus du bâti en alignement avec le chariot. Pour mesurer la résistance à l'avancement du secteur en contact avec la structure, les moyens de mesure du dispositif comprennent des moyens 9, 36 de mesure de l'effort résistant à l'avancement du secteur en contact avec la structure. Selon la figure 7, représentant plus particulièrement le treuil 6 et ses moyens d'enroulement du câble 7, les moyens de mesure d'effort résistant 9 sont un moyen de type connu de mesure du couple résistant au niveau de l'axe moteur du treuil. Selon l'exemple de la figure 1, ces moyens sont un capteur d'effort à jauge 36 disposé sur le câble 7 côté chariot 15 par rapport au bâti fixe. Un tel capteur à jauge est notamment utilisable dans le cas où on utilise un vérin au lieu du treuil. De retour à la figure 2, le mannequin 3 est parallèle aux rails 16 et le secteur 2 représentatif d'une partie de l'intérieur du tube est appliqué sur le mannequin 3 par une contre forme 25 solidarisée au chariot par un dispositif interface 5, 31. La figure 4 représente le chariot équipé du secteur 2 en contact avec la structure 3 et monté sur les rails 16. Le dispositif interface, qui comporte selon l'exemple une contre forme 25 et des tiges 5, est adapté au type de garniture à tester pour transmettre les efforts appliqués par le chariot 15 et notamment des moyens d'application d'efforts 4 décrits ci-dessous. Le chariot 15, qui est plus particulièrement représenté aux figures 3 et 4 comporte un cadre 26 muni de patins 27 permettant le coulissement du chariot sur les rails 16. Les patins au nombre de quatre comportent un profil d'encastrement complémentaire du profil des rails pour maintenir le chariot sur les rails lorsque des efforts sont appliqués par les moyens 4 sur la garniture 2 en contact avec la structure 3 comme représenté en figure 4. Les moyens d'application d'effort de compression 4 agissent sur des tirants 28 traversant des guides 29 pour appliquer un effort de compression sur le secteur. Selon l'exemple, les moyens d'application d'effort et les tirants sont au nombre de trois, ce qui permet d'appliquer des efforts en tangage et en roulis à la garniture. Pour ce faire, en référence à la figure 4, les moyens d'application d'efforts comporte des manivelles 4, des tiges filetées 37 se vissant dans des alésages réalisés dans des colonnes 38 solidaires d'une face arrière du chariot 15. Les tiges filetées 37 sont reliées aux tirants 28 par des moyens 8 de mesure de l'effort de contact entre le secteur et la structure tels que des jauges de contraintes. Les extrémités des tirants 28 opposées aux moyens d'application d'effort 4 sont fixées au moyen de rotules 30 à une plaque 31 contre laquelle viennent s'appuyer ou sont fixées les moyens d'interface comprenant les tiges 5 et la contre forme 25. Selon l'exemple, les interfaces 5 forment des moyens indépendants 5a, 5b, 5c, 5d comme représenté en figure 5 qui transmettent la pression de contact sur plusieurs des extrémités du secteur 2 en sorte de lui appliquer les déformations locales imposées par les moyens d'application d'efforts 4. Le réglage de la position de la plaque 31 se fait avec les moyens 4 par vissage dévissage ce qui enfonce plus ou moins les tirants 28 dans le chariot 15 et modifie la position de la plaque 31. Les interfaces 5 transmettent les efforts à la contre forme 25 qui applique le secteur 2 sur la structure 3 portée par le bâti mobile 23. De même, les moyens de mesure comprennent selon l'exemple des moyens 10 de mesure de la déformation du secteur constitués par exemple par des jauges de contraintes disposées sur les flancs ou dans l'épaisseur du secteur 2 comme représenté en figure 3. Les moyens de mesure comprennent en outre des moyens 11 de mesure de mouvements du secteur pendant le déplacement. Ces moyens 11 représentés sur la figure 4, de type capteur potentiométrique ou capteur d'effort à jauge sont des premiers capteurs de déplacement intégrés dans la garniture 2 pour mesurer ses déformations pendant le déplacement du chariot et donc le glissement du secteur 2 représentant la garniture sur la structure 3. En, complément, des seconds capteurs de déplacement 39, de type similaire, entre le chariot 15 et la plaque 31 permettent de contrôler le réglage de l'écrasement et de l'incidence du secteur 2 par rapport à la structure 3. Les conditions d'essai choisies pour être représentatives des contraintes subies par l'objet sont les suivantes : Une pression de contact doit pouvoir également être appliquée indépendamment sur les 4 extrémités du secteur représentatif du tube ou d'une garniture de manière à pouvoir le déformer localement avant d'appliquer le glissement. Cette pression de contact est réglée par les moyens d'application d'effort et de déformations 4 en tangage par rapport à l'axe de déplacement du secteur et en roulis par rapport à un axe transverse à ce déplacement et tangent à la surface en contact entre le secteur et la structure. Le secteur est mis en mouvement et l'effort de contact ainsi que l'effort résistant à l'avancement sont alors mesurés. La déformation de la garniture lors du déplacement est mesurée par les moyens 10 et les mouvements/comportement de la garniture sont mesurés par les moyens 11 pendant le déplacement. On peut bloquer ou libérer le mouvement de la garniture selon la direction transverse z (qui est en forme d'arc de cercle et représentée en figure 5) et mesurer soit le couple exercé par la garniture sur le mannequin soit le déplacement relatif transverse de la garniture par rapport au mannequin. En munissant le dispositif moyens d'essai de moyens 14 de blocage ou de libération de mouvement du secteur selon une direction transverse à son axe de déplacement, une configurations d'essai pour laquelle la structure est libre en rotation et une configuration d'essai avec blocage en rotation de la structure peuvent être obtenues dans le cadre du dispositif pour lequel la structure représentative d'un segment de cylindre comporte une géométrie circulaire. Il est ainsi possible de caractériser le comportement dans ces configurations libre ou bloquée. Ces moyens de blocage 14 référencés en particulier sur les figures 2 et 5 peuvent notamment être constitués par des freins 14 au niveau des charnières 22 reliant le cadre mobile 23 porteur de la structure au cadre fixe 20 du dispositif. Lorsque la structure est bloquée en rotation, des moyens 12 de mesure du couple exercé par le secteur sur la structure disposés au niveau des charnières permettent de mesurer ce couple. Selon l'exemple des figures 2 et 5 ce dispositif est constitué d'un couplemètre débrayable disposé au bas de la charnière 22 inférieure entre le bâti mobile et le bâti fixe. De même on mesure le déplacement relatif transverse selon l'axe z du secteur par rapport à la structure par des moyens de mesure 13 positionnés comme représenté en figure 2 au niveau de la charnière supérieure entre le bâti fixe 20 et le bâti mobile 23 et qui mesurent le déplacement angulaire du bâti mobile par rapport au bâti fixe pour en déduire le déplacement relatif transverse entre le secteur 2 et la structure 3. La figure 5 schématise la positon relative de la structure et du secteur et les figures 6A et 6B représentent les deux types de mesure. axe de rotation de la structure bloqué et axe libre. Sur la figure 5 son schématisés les moyens 14 de blocage et de libération de la rotation du bâti mobile 23 sous la forme d'un frein à disque dont le disque est fixé sur une broche 32 d'une des charnières entre le bâti mobile et le bâti fixe et dont l'étrier se fixe sur le bâti fixe. Enfin le dispositif comporte des moyens de réglage et de modification de la position angulaire de la structure. Ces moyens, représentés à la figure 4, sont selon l'exemple constitués par un dispositif adapté à déplacer angulairement le bâti mobile par rapport au bâti fixe et comportant un moyen de manoeuvre 40 agissant sur une tige filetée 41 se vissant ou se dévissant dans un cylindre alésé 42 et équipée à son extrémité opposée au moyen de manoeuvre d'une rotule 44 fixée sur le bâti mobile 23. Ces moyens sont équipés selon l'exemple d'un capteur d'effort 43 qui remplace, dans ce cas où la position angulaire du bâti mobile est imposée, le capteur de couple 12. Il est à noter que dans le cadre de l'invention il est possible de remplacer le moyen de manoeuvre manuel 40 par un dispositif motorisé faisant par exemple varier la position angulaire du bâti mobile en fonction du déplacement du chariot. En outre, lorsque les mesures se font avec le bâti libre, le moyen de manoeuvre est désaccouplé du bâti. Le dispositif de l'invention permet, par l'intermédiaire des capteurs implantés en tant que moyens de mesure et reliés de manière connue à un calculateur de mesure de type connu, de restituer le comportement de la garniture pour sa caractérisation et notamment de mesurer le couple induit lors du glissement du secteur sur la structure ou les déplacements (rotation) du mannequin lors de ce glissement pour analyser le comportement de l'interface garniture/objet en extrapolant les résultats obtenus lors du glissement du secteur sur la structure. Ceci permet de modifier les caractéristiques du couple garniture/objet pour réduire ou supprimer les mouvements parasites de l'objet par rapport au tube lors de son introduction dans le tube ou sa sortie du tube. Le dispositif de l'invention offre la possibilité de comprimer la garniture par rapport au mannequin avec un pilotage en effort ou en déplacement, la possibilité de créer un dévers axial et/ou longitudinal au niveau de la garniture selon son positionnement sur la contre forme et la possibilité d'instrumenter la garniture pour les mesures de déplacement, de déformation ou autres pour restituer son comportemental lors du glissement. Le treuil 6 du dispositif d'entraînement représenté à la figure 7 comporte un enrouleur à câble 33 couplé à un moteur à vitesse variable 34 dont la vitesse est a minima réglable de 10 mm/s à 20 mm/s, ainsi qu'un moyen de mesure 12 tel qu'un capteur d'effort ou de couple monté sur un réducteur 35 du treuil pour mesurer l'effort de glissement. REVENDICATIONS1 - Dispositif moyen d'essai (1) en glissement et en frottement caractérisé en ce qu'il comporte un secteur (2) représentatif de l'intérieur d'un tube mis en contact avec une structure (3) représentative d'un segment de cylindre externe d'un objet introduit dans le tube, des moyens d'application d'un effort de compression (4, 5) au moyen du secteur représentatif d'une partie de l'intérieur du tube sur la structure représentative du diamètre externe de l'objet introduit dans le tube, des moyens de déplacement (6, 7) adaptés à appliquer un déplacement relatif entre le secteur et la structure pour faire glisser le secteur contre la structure sous l'effort de compression, en respectant des conditions de mouvement imposées, et des moyens de mesure (8, 9, 10, 11, 12, 13, 36, 39, 43) adaptés à mesurer les efforts et effets de ces conditions de mouvement imposées. 2 - Dispositif moyen d'essai selon la revendication 1 pour lequel les moyens de déplacement (6, 7) sont adaptés à déplacer le secteur selon une vitesse de déplacement selon la direction (x) parallèle à l'axe du tube réglable de 10mm/s à 20mm/s. 3 - Dispositif moyen d'essai selon la revendication 1 pour lequel les moyens de déplacement (6, 7) sont adaptés à déplacer le secteur selon une vitesse de déplacement d'au moins une dizaine de m/s. 4 - Dispositif moyen d'essai selon la revendication 1 pour lequel les moyens de déplacement (6, 7) sont adaptés à déplacer le secteur selon une vitesse de déplacement constante sur une distance d'au moins 1000 mm. 5 - Dispositif moyen d'essai selon l'une des revendications précédentes pour lequel les moyens de déplacement (6, 7, 15) comportent un chariot 15 coulissant sur des rails 16 et entraîné par un câble 7 mû par un treuil 6. 6 - Dispositif moyen d'essai selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens d'application de l'effort de compression comportent des moyens d'applications de pressions de contact indépendants (4, 28) en sorte d'appliquer au secteur (2) des déformations locales. 7 - Dispositif moyen d'essai selon l'une des revendications précédentes pour lequel les moyens de mesure comprennent des moyens (8) de mesure de l'effort de contact entre le secteur et la structure. 8 - Dispositif moyen d'essai selon l'une des revendications précédentes pour lequel les moyens de mesure comprennent des moyens (9, 36) de mesure de l'effort résistant à l'avancement du secteur en contact avec la structure. 9 - Dispositif moyen d'essai selon l'une des revendications précédentes pour lequel les moyens de mesure comprennent des moyens (10) de mesure de la déformation du secteur. 10 - Dispositif moyen d'essai selon l'une des revendications précédentes pour lequel les moyens de mesure comprennent des moyens (11) de mesure de mouvements du secteur pendant le déplacement. 11 - Dispositif moyen d'essai selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (14) de blocage ou de libération de mouvement de la structure selon une direction transverse à l'axe de déplacement (x) du secteur. 12 - Dispositif moyen d'essai selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (12) de mesure du couple exercé par le secteur sur la structure. 13 - Dispositif moyen d'essai selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (13) de mesure du déplacement relatif transverse du secteur par rapport à la structure. 14 - Dispositif moyen d'essai selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (40, 41, 44) de réglage et de modification de la position angulaire de la structure.