Brevet FR2976665A1 — publié le 20121221

PROCEDE DE VALIDATION DE LA TENUE DE PIECES EN TOLE FINE EN FATIGUE VIBRATOIRE ET STATIQUE ET DISPOSITIF ASSOCIE [01] DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION [2] L'invention concerne un procédé de validation de la tenue de pièces en tôle fine en fatigue vibratoire et statique ainsi que le dispositif associé. [3] L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, Io mais non exclusive, dans le domaine du test en fatigue vibratoire des protecteurs de disque de freins. [4] ETAT DE LA TECHNIQUE [5] On connaît des procédés de calcul du dimensionnement et de validation de la tenue de pièces en tôle fine en fatigue vibratoire et en fatigue is statique. La fatigue vibratoire et la fatigue statique correspondent à des contraintes vibratoires subies par des pièces au cours de leur utilisation. [6] Pour simuler la fatigue statique, on applique généralement sur la pièce un effort vibratoire ayant une fréquence inférieure à environ 30 Hz ; tandis que pour simuler la fatigue vibratoire, on applique généralement sur la 20 pièce un effort vibratoire ayant une fréquence supérieure à environ 30 Hz. [7] De manière connue, ces procédés comportent deux tests, l'un basé sur la génération d'un signal vibratoire se propageant selon un premier axe et l'autre basé sur la génération d'un signal vibratoire se propageant selon un deuxième axe non parallèle au premier. La durée du test est au 25 minimum de huit heures, et représente un endommagement équivalent à la durée de vie d'un véhicule en situation roulage. [8] L'inconvénient de réaliser deux tests successifs est l'impossibilité de cumuler les endommagements en temps réels et de prédire le temps moyen d'utilisation en roulage clientèle avant rupture et/ou fissure de la 30 pièce. [9] Il existe donc le besoin de réaliser un test unique permettant de prédire le risque de rupture d'une pièce en tôle fine. [10] OBJET DE L'INVENTION [11] L'invention a notamment pour but de combler ce besoin. [012] A cet effet, l'invention concerne un procédé de validation de la tenue d'au moins une pièce en tôle fine en fatigue vibratoire et statique : caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - positionner la pièce sur un support incliné par rapport à une direction d'application d'un effort vibratoire cumulant l'endommagement statique et io vibratoire, - appliquer l'effort vibratoire sur la pièce, - mesurer des modes propres de la pièce, - déterminer le temps exact d'apparition d'une fissure dans les modes propres de la pièce, et 15 - prédire le risque de rupture d'une pièce formée par la pièce en utilisation à partir du temps d'apparition d'une fissure préalablement déterminé. [013] Selon une mise en oeuvre, pour la simulation de fatigue vibratoire, l'effort vibratoire se situe dans une plage fréquentielle supérieure à une fréquence de référence. 20 [014] Selon une mise en oeuvre, pour la simulation de fatigue statique, l'effort vibratoire se situe dans une plage fréquentielle inférieure à une fréquence de référence. [15] Selon une mise en oeuvre, pour la simulation d'une fatigue vibratoire et statique, l'effort vibratoire se propage dans le support incliné 25 suivant deux axes non parallèles l'un par rapport à l'autre. [16] Selon une mise en oeuvre, l'angle d'inclinaison du support par rapport à un plan vertical est supérieur à 10 degrés, [17] Selon une mise en oeuvre, un seul test est effectué sur la pièce. [018] L'invention concerne en outre un dispositif de validation de la tenue des pièces en fatigue vibratoire et statique comportant : - un banc de test comprenant un support fixe et un support mobile, - un support incliné, et s - des systèmes de fixation pour fixer la pièce à tester sur le support incliné, caractérisé en ce que : - le support incliné comporte un socle et un cadre incliné par rapport à un plan vertical, ce cadre comportant deux bras verticaux et un bras horizontal, les bras verticaux étant reliés par leur extrémité supérieure au bras horizontal io et par leur extrémité inférieure à une face supérieure du socle. [19] Selon une réalisation, le cadre incliné forme un angle d'inclinaison avec le plan vertical supérieur à 10 degrés, [20] Selon une réalisation, les bras verticaux présentent une épaisseur qui diminue progressivement lorsque l'on se déplace d'une extrémité is inférieure du bras reliée au socle vers le bras horizontal. [21] Selon une réalisation, le cadre comporte au moins un système de fixation pour fixer une pièce en tôle fine au cadre incliné. [22] Selon une réalisation, le cadre comporte trois systèmes de fixation positionnés en correspondance avec des ouvertures d'un protecteur de 20 disque de frein à tester. [23] Selon une réalisation, le système de fixation comporte une vis. [24] BREVE DESCRIPTION DES FIGURES [25] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont 25 données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. Elles montrent : [26] Figure 1 : une représentation schématique du dispositif de validation de la tenue de pièces en tôle fine en fatigue vibratoire et statique selon l'invention ; [27] Figure 2 : une représentation schématique d'un support incliné du dispositif selon l'invention de la Figure 1 ; [28] Figure 3 : un diagramme des différentes étapes du procédé de validation de la tenue de pièces en tôle fine en fatigue vibratoire et statique ; [029] Figure 4 : une représentation schématique d'une pièce testée à l'aide du dispositif de la Figure 1 prenant la forme d'un protecteur de disque de frein. [030] Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. io [031] DESCRIPTION D'EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION [032] La Figure 1 montre un dispositif 1 selon l'invention de calcul du dimensionnement et de validation de la tenue en fatigue vibratoire et statique de pièces 2 réalisées en tôle fine. is [033] Le dispositif 1 comporte un banc 3 de test formé par un support 10 fixe et un support 15 mobile produisant un effort vibratoire suivant un axe X c'est-à-dire du haut vers le bas et inversement. Un support incliné 30 est installé sur le support 15 mobile. A cet effet, le support 30 comporte une face 31.1 inférieure reliée solidairement à une face 15.1 supérieure du support 15 20 mobile, de sorte que l'effort vibratoire produit par le support 15 mobile est transmis au support 30. [34] Par ailleurs, le dispositif 1 comporte une interface 6 utilisateur via laquelle l'opérateur commande le fonctionnement du banc 3 de test. Ainsi, l'opérateur peut sélectionner notamment, via l'interface 6, la fréquence, 25 l'amplitude, ou la durée de l'effort vibratoire appliqué sur la pièce 2. [35] Le support 30 incliné est montré en détails sur la Figure 2. Ce support 30 comporte un socle 31, par exemple de forme parallélépipédique, ayant deux faces verticales 31.3, 31.4 situées dans la face du support 30 portant des cadres 33 et 34. Le socle 31 a également deux autres faces 30 31.5, 31.6 verticales délimitées par des pointillés reliant entre elles les faces 31.3 et 31.4 et s'étendant transversalement par rapport aux faces 31.3 et 31.4. Le socle 31 présente également une face supérieure 31.2 et une face inférieure 31.1 fixée au support mobile 15. [36] Le socle 31 est relié solidairement à une partie supérieure 32 comprenant les deux cadres 33, 34 inclinés symétriques par rapport à un plan vertical P. Ces cadres 33 et 34 forment un angle d'inclinaison a avec le plan P vertical. Ces cadres 33, 34 sont formés par un évidement 35, 36 de matière dans le support 30. Ces cadres 33, 34 comportent trois bras 33.1-33.3, en l'occurrence deux bras verticaux 33.1 et 33.3 reliés par leur io extrémité supérieure à un bras horizontal 33.2 et par leur extrémité inférieure à une face 31.2 supérieure du socle 31. Ainsi, le support 30 est incliné par rapport à une direction d'application d'un effort vibratoire. [37] Les bras verticaux 33.1 et 33.3 présentent une épaisseur qui diminue progressivement lorsque l'on se déplace de l'extrémité inférieure du is bras 33.1, 33.3 (reliée au socle 31) vers le bras horizontal 33.2. Cette diminution est préférable pour être représentatif des conditions de montage et d'environnement sur véhicule. Compte tenu de l'angle de vue, les bras du cadre 34 ne sont pas visibles sur la Figure 2. [38] Les cadres 33, 34 comportent chacun au moins un système 40 de 20 fixation pour fixer une pièce 2 sur chaque cadre 33, 34. Chaque pièce 2 est positionnée sur le cadre 33, 34, contre les bras 33.1-33.3, de manière à former un angle a avec le plan P vertical. Le support 30 incliné porte ainsi deux pièces 2. En l'occurrence, chacun des cadres 33, 34 comporte trois systèmes 40 de fixation. Le positionnement des systèmes 40 de fixation sur 25 les bras verticaux 33.1, 33.3 est effectué en correspondance avec le positionnement des ouvertures 2.5 dans la pièce 2. Ainsi deux systèmes 40 sont positionnés aux extrémités d'un bras vertical 33.1 ; tandis que le troisième système 40 est positionné dans la partie médiane du bras opposé 33.3. Dans un exemple, ces systèmes 40 de fixation sont formés chacun par 30 une vis et un écrou. [39] On a représenté sur la Figure 1 un repère orthogonal X, Y et Z. L'axe X est perpendiculaire à la face supérieure 15.1 du support mobile 15. L'axe Y est perpendiculaire aux faces verticales 31.3, 31.4 du socle 31. L'axe Z est perpendiculaire aux axes X et Y. [40] L'inclinaison des cadres 33, 34 a pour effet de transformer l'effort vibratoire Ex du haut vers le bas (et inversement) selon l'axe X en un effort vibratoire Exy selon l'axe X et un axe Y orthogonal à l'axe X. On remarque que l'effort Exy vibratoire appliqué sur la pièce 2 suivant les axes X et Y dépend de l'angle d'inclinaison a. Dans un exemple de réalisation, l'angle d'inclinaison a est supérieur à 10 degrés. [41] Comme visible sur la Figure 4, les pièces 2 sont en l'occurrence io des protecteurs de disque de frein. Ces pièces 2 présentent la forme de plaques planes ayant une forme circulaire. Ces pièces 2 présentent des ouvertures 2.5 utilisées pour leur fixation sur le support incliné 30. Les pièces 2 testées ont une épaisseur inférieure ou égale à 2 millimètres. [42] On décrit ci-après les différentes étapes du procédé selon is l'invention de calcul du dimensionnement et de validation de la tenue de pièces 2 en tôle fine en fatigue vibratoire et statique (cf Figure 3). [43] Dans une première étape 100, les pièces 2 sont positionnées sur les supports 30 et fixées à l'aide des systèmes 40 de fixation contre les cadres 33 et 34. L'opérateur installe ensuite de préférence un accéléromètre 20 sur la pièce 2 afin de pouvoir mesurer les modes propres de la pièce 2. En variante, l'opérateur installe ensuite un microphone à proximité de la pièce 2 afin de pouvoir mesurer les modes propres de la pièce 2. [44] L'opérateur sélectionne ensuite, dans une deuxième étape 110, la fréquence de l'effort vibratoire grâce à l'interface 6 utilisateur. Cette 25 fréquence est inférieure à une fréquence de référence pour la simulation d'une fatigue statique ; ou supérieure à une fréquence de référence pour la simulation d'une fatigue vibratoire. Dans un exemple, cette fréquence de référence est de 30Hz. [45] L'information de fréquence est transmise au support 15 mobile du 30 banc 3 de test. Lors de la réception de l'information de fréquence, le support 15 mobile produit un effort vibratoire Ex de fréquence correspondante suivant l'axe X. [46] Le support 30 incliné transforme l'effort vibratoire du support 15 mobile en un effort vibratoire Exy se propageant jusqu'à la pièce 2 selon les 5 deux axes orthogonaux X et Y. [47] Dans une troisième étape 120, l'accéléromètre positionné sur la pièce 2 mesure, pendant toute la durée du test pendant lequel la pièce 2 est soumise à l'effort vibratoire, les modes propres de la pièce 2. L'accéléromètre permet principalement de déterminer l'instant de début io d'apparition de la fissure. En variante, le microphone positionné à proximité de la pièce 2 mesure, pendant toute la durée du test pendant lequel la pièce 2 est soumise à l'effort vibratoire, les modes propres de la pièce 2. [48] La durée du test est au minimum de huit heures, et représente un endommagement équivalent à la durée de vie d'un véhicule en situation is roulage. [49] Dans une quatrième étape 130, on détermine l'instant exact d'apparition d'une fissure de la pièce 2 par l'observation d'un décalage des modes propres via la mesure des modes propres par l'accéléromètre. En variante, on détermine l'instant exact d'apparition d'une fissure de la pièce 2 20 par l'observation d'un décalage des modes propres via la mesure des modes propres par le microphone. [50] Dans une cinquième étape 140, on constate la rupture de la pièce 2. Si celle-ci n'est pas suffisament robuste, la rupture aura lieu avant la fin du test. 25 [051] Par rapport à des tests réalisés en deux fois suivant un premier axe X et un deuxième axe Y, cet unique test permet d'être plus représentatif de la situation de vie de la pièce 2 montée sur le véhicule. [052] Dans ce document, les termes « supérieur », « inférieur », « horizontal » et « vertical » sont entendus par rapport au dispositif 1 en 30 position d'utilisation dans la salle de test. 20 REVENDICATIONS1. Procédé de validation de la tenue d'au moins une pièce (2) en tôle fine en fatigue vibratoire et statique : caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - positionner (100) la pièce (2) sur un support (30) incliné par rapport à une direction d'application d'un effort vibratoire cumulant l'endommagement statique et vibratoire, - appliquer (110) l'effort vibratoire sur la pièce (2), io - mesurer (120) des modes propres de la pièce (2), - déterminer (130) le temps exact d'apparition d'une fissure dans les modes propres de la pièce (2), et - prédire (140) le risque de rupture d'une pièce formée par la pièce (2) en utilisation à partir du temps d'apparition d'une fissure préalablement 15 déterminé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pour la simulation de fatigue vibratoire, l'effort vibratoire se situe dans une plage fréquentielle supérieure à une fréquence de référence. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, pour la simulation de fatigue statique, l'effort vibratoire se situe dans une plage fréquentielle comprise inférieure à une fréquence de référence. 25 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, pour la simulation d'une fatigue vibratoire et statique, l'effort vibratoire se propage dans le support (30) incliné suivant deux axes (X, Y) orthogonaux l'un par rapport à l'autre. 30 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison (a) du support (30) par rapport à un plan vertical (P) est supérieur à 10 degrés. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'un seul 35 test est effectué sur la pièce (2). 7. Dispositif (1) de validation de la tenue des pièces (2) en fatigue vibratoire et statique comportant : - un banc (3) de test comprenant un support (10) fixe et un support (15) 5 mobile, - un support (30) incliné, et - des systèmes (40) de fixation pour fixer la pièce (2) à tester sur le support incliné, caractérisé en ce que : lo - le support (30) incliné comporte un socle (31) et un cadre (33, 34) incliné par rapport à un plan vertical (P), ce cadre (33, 34) comportant deux bras verticaux (33.1, 33.3) et un bras horizontal (33.2), les bras verticaux (33.1, 33.3) étant reliés par leur extrémité supérieure au bras horizontal (33.2) et par leur extrémité inférieure à une face (31.2) supérieure du socle (31). 15 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le cadre (33, 34) incliné forme un angle d'inclinaison (a) avec le plan (P) vertical est supérieur à 10 degrés. 20 9. Dispositif selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce les bras verticaux (33.1, 33.3) présentent une épaisseur qui diminue progressivement lorsque l'on se déplace d'une extrémité inférieure du bras (33.1, 33.3) reliée au socle (31) vers le bras horizontal (33.2). 25 10. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce le cadre (33, 34) comporte au moins un système (40) de fixation pour fixer une pièce (2) en tôle fine au cadre (33, 34) incliné. 11. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce le cadre (33, 34) 30 comporte trois systèmes (40) de fixation positionnés en correspondance avec des ouvertures (2.5) d'un protecteur de disque de frein à tester. 12. Dispositif selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce le système (40) de fixation comporte une vis.