Brevet FR2980574A1 — publié le 20130329

Dispositif mécanique de mesure de la fatigue d'un élément de structure La présente invention se rapporte à un dispositif mécanique de mesure permettant d'évaluer le dommage en fatigue d'un élément de structure, et à un élément de structure comportant le dispositif mécanique de mesure. Les structures et plus précisément les matériaux qui les constituent subissent des contraintes variables qui les déforment plus ou moins dans le temps et peuvent modifier localement leurs propriétés. Le cumul de ces déformations conduit à la formation de fissures dans les matériaux, pouvant entraîner leur rupture. Les matériaux métalliques en particulier, présentent sous contrainte une limite d'élasticité, au-delà de laquelle ils se déforment irréversiblement puis se rompent. La rupture d'un matériau en fatigue intervient pour des contraintes dynamiques situées en dessous de la limite d'élasticité du matériau. Des dispositifs mécaniques connus permettent de mesurer la fatigue des structures d'aile d'un avion. On pourra notamment se référer au document US 3 136 154, lequel décrit un dispositif mécanique constitué d'une plaque métallique longitudinale installée sur une aile d'avion. La plaque métallique présente successivement des paires d'encoches en regard de plus en plus profondes de manière à faire apparaître des parties centrales progressivement amincies et des extrémités renflées. Ainsi, les parties renflées sont rendues solidaires de la structure, tandis que les parties centrales sont libres par rapport à elle. Les parties centrales sont calibrées par la profondeur des paires d'encoches, et elles offrent entre les deux extrémités de la plaque métallique, des résistances à la rupture croissantes entre une partie centrale étroite et une partie centrale large. Un tel dispositif mécanique permet de prévenir l'évolution de la fatigue de la structure de manière moyenne entre les deux zones correspondant au deux extrémités opposées de la plaque métallique. En revanche, une déformation locale située entre deux renflements, ne pourra être détectée que selon un processus de tout ou rien, par la rupture de la partie centrale correspondante. Aussi, un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention est de fournir un dispositif mécanique de mesure qui permette précisément de mesurer et par conséquent d'anticiper, la fatigue du matériau entre deux zones déterminées. Dans ce but, et selon un premier objet, la présente invention propose un dispositif mécanique de mesure comprenant un jeu d'éléments longitudinaux calibrés destiné à être installé sur un élément de structure déformable pour mesurer la fatigue dudit élément de structure, lesdits éléments longitudinaux présentant chacun deux extrémités opposées et une partie centrale sécable, les parties centrales sécables desdits éléments longitudinaux dudit jeu présentant des résistances à la rupture croissantes, lesdites extrémités lo opposées desdits éléments longitudinaux étant destinées à être ancrées dans ledit élément de structure de manière à pouvoir mesurer la fatigue dudit élément de structure en fonction du nombre d'éléments longitudinaux dudit jeu dont la partie centrale sécable est rompue. Selon l'invention, lesdits éléments longitudinaux dudit jeu sont agencés en parallèle entre deux parties opposées 15 l'une de l'autre dudit élément de structure, de façon que les extrémités desdits éléments longitudinaux dudit jeu soient respectivement ancrées dans lesdites deux parties opposées. Ainsi, les caractéristiques de l'invention résident dans la mise en oeuvre des éléments longitudinaux en parallèle entre les deux parties opposées. De la 20 sorte, le mouvement relatif des deux parties opposées qui tend à provoquer la fatigue du matériau qui relie ces deux parties, est détecté bien avant la rupture puisque le mouvement relatif de ces deux seules parties opposées est mis au jour par la rupture progressive des parties centrales sécables des éléments longitudinaux. En effet, les parties centrales sécables des éléments 25 longitudinaux du jeu présentant des résistances à la rupture croissantes, la mesure du temps qui s'écoulera entre la rupture de la partie centrale présentant le moins de résistance et la suivante qui présente sensiblement plus de résistance à la rupture, constitue un enregistrement dans le temps de la fréquence et de l'amplitude des mouvements relatifs des deux parties. 30 On observera que les parties centrales sécables se rompent selon le même processus de fatigue que celui subit par l'élément de structure. Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention particulièrement avantageux, lesdites deux parties dudit élément de structure sont indépendantes l'une de l'autre. Cela ne signifie pas qu'elles sont libres l'une par rapport à l'autre, puisque l'élément de structure est rigide, mais simplement qu'elles sont indépendantes à l'intérieur de l'élément de structure. Ainsi, l'enregistrement du mouvement relatif des deux parties de l'élément de structure, permet de mesurer la fatigue de l'élément de structure qui s'étend entre les deux parties. Selon un mode de réalisation de l'invention particulièrement avantageux, lesdits éléments longitudinaux dudit jeu sont respectivement constitués de lames métalliques. De la sorte, lorsque l'élément de structure est lui-même lo métallique, on peut reproduire le même mécanisme de fatigue. Bien évidemment, le choix des lames métalliques est réalisé de manière à ce qu'elles puissent se rompre bien avant que l'élément de structure lui-même soit en situation de fragilité. Aussi, lesdites lames métalliques présentent, selon une première variante 15 de réalisation, des sections croissantes de leurs parties centrales sécables. De la sorte, des lames métalliques présentent des résistances à la déformation croissantes, allant de la plus faible section vers la plus grande section. Par conséquent, le mouvement relatif alterné des deux parties de l'élément de structure, provoque au cours du temps, tout d'abord la rupture des lames 20 métalliques de plus faible section puis ensuite, celles de plus grande section. Selon une seconde variante de réalisation, lesdites lames métalliques sont constituées d'aciers de différentes natures. De la sorte, on peut également obtenir des lames métalliques présentant des résistances à la déformation croissante. 25 Selon un autre objet, la présente invention propose un élément de structure déformable comprenant un dispositif mécanique de mesure pour mesurer la fatigue dudit élément de structure, ledit dispositif mécanique de mesure comprenant un jeu d'éléments longitudinaux calibrés présentant chacun deux extrémités opposées et une partie centrale sécable, les parties 30 centrales sécables desdits éléments longitudinaux dudit jeu présentant des résistances à la rupture croissantes, lesdites extrémités opposées desdits éléments longitudinaux étant destinées à être ancrées dans ledit élément de structure de manière à pouvoir mesurer la fatigue dudit élément de structure en fonction du nombre d'éléments longitudinaux dudit jeu dont la partie centrale sécable est rompue. Lesdits éléments longitudinaux dudit jeu sont alors agencés en parallèle entre deux parties opposées l'une de l'autre dudit élément de structure, de façon que les extrémités desdits éléments longitudinaux dudit jeu soient respectivement ancrées dans lesdites deux parties opposées. Selon un mode de mise en oeuvre particulièrement avantageux, lesdites deux parties dudit élément de structure sont indépendantes l'une de l'autre. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la Figure 1 est une vue schématique de face d'une structure comportant un dispositif mécanique de mesure conforme à l'invention ; et, - la Figure 2 est une vue schématique de détail de la structure illustrée sur la Figure 1. La Figure 1 illustre de face, un siège 10 de télésiège comprenant un arceau 12 en deux parties. Un premier profilé tubulaire en arc 14 dont la courbure est monotone, et un second profilé tubulaire 16 de forme sigmoïdale. Les deux profilés tubulaires 14, 16 sont réunies ensemble à l'une de leurs premières extrémités 15, 17, et sont prolongés par une pince 18, tandis que leurs secondes extrémités opposées, 20, 22, celle du premier profilé tubulaire en arc 14, 20, et celle du second profilé tubulaire 16, 22, sont écartées l'une de l'autre pour recevoir entre elles une banquette 24. La pince 18 comporte une mâchoire et un ressort de rappel permettant de suspendre le siège 10 à un câble tracteur étendu en caténaire. Les deux profilés tubulaires 14, 16, sont ainsi solidaires l'un de l'autre et ils forment ensemble un cadre de structure rigide à l'intérieur duquel s'étend un espace libre 26 permettant de venir s'asseoir librement dans la banquette 24. En outre, entre les premières extrémités 15, 17, et respectivement les secondes extrémités opposées 20, 22, est installé un dispositif de mesure mécanique 28 entre deux portions opposées 30, 32 des profilés tubulaires 14, 16 respectivement, sensiblement au niveau du point d'inflexion de la forme sigmoïdale du second profilé 16. 2 9805 74 5 La rigidité de l'arceau 12 est bien évidemment fondamentale pour la sécurité du siège 10. Elle est toutefois aisément contrôlable manuellement. En revanche, l'altération due à la fatigue des matériaux n'est, elle, pas visible et elle apparaît au cours du temps. En l'absence de moyens de mesure de cette 5 altération, les sièges de télésiège sont habituellement mis au rebut après une période d'utilisation déterminée, plus ou moins arbitraire. Or, certains pourraient être utilisés plus longtemps tandis que d'autres devraient être mis au rebut plus tôt. Aussi, le dispositif de mesure mécanique 28 permet précisément à un 10 coût très avantageux, de suivre l'évolution de cette altération au cours du temps, et ainsi de conserver les sièges sur une période correspondant à leur durée de vie réelle. C'est-à-dire, sur une période où ils peuvent être utilisés sans risque de rupture. On se reportera sur la figure 2 illustrant en détail le dispositif de mesure 15 mécanique 28. On y retrouve partiellement la portion 30 du premier profilé en arc 14, opposée à la portion 32 du second profilé tubulaire 16 de forme sigmoïdale. Le dispositif 28 comporte deux bras parallèles 34, 36 montés respectivement dans les deux portions opposées 30, 32 des profilés tubulaires 14, 16. Ils présententchacun une extrémité libre 38, 40, et les extrémités libres 20 38, 40 des deux bras 34, 36 sont étendues en regard et espacées l'une de l'autre. Entre ces deux extrémités libres 38, 40, sont étendues sensiblement perpendiculairement au bras 34, 36, quatre lames d'acier, une première 42, une deuxième 44, un troisième 46 et une quatrième 48, sensiblement parallèles entre elles. Elles présentent chacune deux extrémités opposées 50, 52 25 respectivement ancrées dans les deux bras parallèles 34, 36, et une partie centrale 51, qui s'étend entre les deux extrémités opposées 50, 52. Ces lames d'acier 42, 44, 46, 48, présentent une même largeur, et des épaisseurs progressives, par exemple 0,2 mm pour la première 42, 0,4 mm pour la deuxième 44, 0,6 mm pour la troisième 46 et 0,8 mm pour la quatrième 30 48. Par conséquent, la résistance en fatigue de ces lames d'acier 42, 44, 46, 48, est progressive. On observera que la section de ces lames d'acier détermine leur résistance à la fatigue. Aussi, largeur et épaisseur peuvent varier, pour autant que les sections soient progressives. 2 9805 74 6 Ainsi, la déformation de l'arceau 12 au cours du temps, qui se traduit par un mouvement relatif des deux profilés tubulaires 14, 16, provoque par la même, le mouvement relatif des deux bras parallèles 34, 36 et partant, la déformation des quatre lames d'acier 42, 44, 46, 48 simultanément. De la 5 sorte, la première lame d'acier 42 de plus faible épaisseur, se rompra en fatigue la première. Cette rupture qui est visuellement contrôlable, est un premier témoin de l'usure en fatigue de l'arceau 12. Le temps qui s'écoule alors, entre la rupture de la première lame d'acier 42 et celle de la deuxième lame d'acier 44 permet de déterminer une vitesse 10 moyenne d'usure en fatigue de l'arceau 12. Bien évidemment, un étalonnage préalable du dispositif de mesure mécanique 28 est nécessaire, de manière à ce que la rupture de la quatrième lame d'acier 48 coïncide avec un état d'usure en fatigue de l'arceau 12 le rendant inutilisable. Le calibrage des épaisseurs des lames d'acier 42, 44, 46, 15 48 est un moyen efficace et aisé pour étalonner le dispositif de mesure 28. Selon une première autre variante de réalisation non représentée, on augmente le nombre de lames d'acier en le portant par exemple à six, de manière à obtenir des mesures intermédiaires de l'état de fatigue de l'arceau 12. 20 Selon une deuxième autre variante de réalisation non représentée, les lames d'acier présentent une même épaisseur, et sont réalisés dans des matériaux de différentes natures offrant des résistances à la rupture en fatigue différentes. En outre, la mise en oeuvre du dispositif de mesures mécaniques 28 selon 25 l'invention sur un siège de télésiège est bien adaptée, car chaque jour durant leur utilisation, les télésièges peuvent être contrôlés. Aussi, ce dispositif peut être installé sur toute autre structure offrant la possibilité d'un contrôle sinon quotidien, à tout le moins régulier. REVENDICATIONS1. Dispositif mécanique de mesure (28) comprenant un jeu d'éléments longitudinaux calibrés (42, 44, 46, 48) destiné à être installé sur un élément de structure déformable (12) pour mesurer la fatigue dudit élément de structure, lesdits éléments longitudinaux (42, 44, 46, 48) présentant chacun deux extrémités opposées (50, 52) et une partie centrale (51) sécable, les parties centrales sécables desdits éléments longitudinaux dudit jeu présentant des résistances à la rupture croissantes, lesdites extrémités opposées (50, 52) lo desdits éléments longitudinaux (42, 44, 46, 48) étant destinées à être ancrées dans ledit élément de structure (12) de manière à pouvoir mesurer la fatigue dudit élément de structure en fonction du nombre d'éléments longitudinaux (42, 44, 46, 48) dudit jeu dont la partie centrale (51) sécable est rompue ; caractérisé en ce que lesdits éléments longitudinaux (42, 44, 46, 48) dudit 15 jeu sont agencés en parallèle entre deux parties opposées (30, 36 ; 32, 34) l'une de l'autre dudit élément de structure (12), de façon que les extrémités (50, 52) desdits éléments longitudinaux dudit jeu soient respectivement ancrées dans lesdites deux parties opposées. 2. Dispositif mécanique d'enregistrement selon la revendication 1, 20 caractérisé en ce que lesdites deux parties (30, 36 ; 32, 34) dudit élément de structure sont indépendantes l'une de l'autre. 3. Dispositif mécanique d'enregistrement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits éléments longitudinaux (42, 44, 46, 48) dudit jeu sont respectivement constitués de lames métalliques. 25 4. Dispositif mécanique d'enregistrement selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites lames métalliques (42, 44, 46, 48) présentent des sections croissantes de leurs parties centrales (51) sécables. 5. Dispositif mécanique d'enregistrement selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites lames métalliques (42, 44, 46, 48) sont 30 constituées d'aciers de différentes natures. 6. Elément de structure déformable (12) comprenant un dispositif mécanique de mesure (28) pour mesurer la fatigue dudit élément de structure, ledit dispositif mécanique de mesure comprenant un jeu d'élémentslongitudinaux (42, 44, 46, 48) calibrés présentant chacun deux extrémités opposées (52, 50) et une partie centrale (51) sécable, les parties centrales sécables desdits éléments longitudinaux dudit jeu présentant des résistances à la rupture croissantes, lesdites extrémités opposées (50, 52) desdits éléments longitudinaux étant destinées à être ancrées dans ledit élément de structure (12) de manière à pouvoir mesurer la fatigue dudit élément de structure en fonction du nombre d'éléments longitudinaux (42, 44, 46, 48) dudit jeu dont la partie centrale (51) sécable est rompue ; caractérisé en ce que lesdits éléments longitudinaux (42, 44, 46, 48) dudit jeu sont agencés en parallèle entre deux parties opposées (30, 36 ; 32, 34) l'une de l'autre dudit élément de structure (12), de façon que les extrémités (50, 52) desdits éléments longitudinaux dudit jeu soient respectivement ancrées dans lesdites deux parties opposées. 7. Elément de structure selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdites deux parties (30, 36 ; 32, 34) dudit élément de structure (12) sont indépendantes l'une de l'autre.