Brevet FR3004806A1 — publié le 20141024

MACHINE D'ESSAI MONO-AXIALE POUR LA REALISATION D'UN TEST MECANIQUE BI-AXIAL. La présente invention est relative à une machine d'essai mono-axiale muni d'un dispositif de division d'effort pour la réalisation d'un essai bi-axial sur un spécimen. Dans le cadre de la conception d'un aéronef, des spécimens en matériaux composites ou métalliques sont testés mécaniquement pour valider certains choix de conception. A cette fin, il est nécessaire d'appliquer, à un spécimen à tester, des efforts de traction ou de compression selon deux axes différents qui sont le plus souvent perpendiculaires l'un à l'autre. A cet effet, on connaît une machine développée spécifiquement pour la réalisation de tels essais, dits bi-axiaux, et illustrée en figure 1. Une machine d'essai bi-axiale 1 comprend quatre vérins 2,3,4,5, disposés autour d'un spécimen à tester 6, chaque vérin ayant son corps relié au bâti 1' de la machine d'essai bi-axiale 1 et sa tige reliée au spécimen 6. Les vérins sont prévus par paire dans deux axes différents D1 et D2 : les vérins 2 et 4 étant prévus en vis-à-vis de part et d'autre du spécimen 6, parallèlement au premier axe D1, et les vérins 3 et 5 étant prévus en vis-à-vis de part et d'autre du spécimen 6, parallèlement au second axe D2. Grâce à cette machine d'essai bi-axiale 1, des efforts de traction et/ou de compression peuvent être exercés sur le spécimen 6 dans au moins l'un des deux axes D1 et D2. De telles machines d'essai bi-axiales sont généralement rares et d'utilisation coûteuse et sont par conséquent peu disponibles car elles sont partagées entre différentes entités de recherche et développement. Le but de la présente invention est de remédier en tout ou partie à cet inconvénient. A cet effet, l'invention a pour objet une machine d'essai mono-axiale comprenant un bâti et un actionneur dont une partie est mobile par rapport au bâti suivant un axe d'effort, la machine comprenant en outre un dispositif de division d'effort fixé à la partie mobile de l'actionneur, le dispositif de division d'effort comprenant deux bielles de transmission d'effort et deux bielles de liaison, lesdites bielles ayant chacune une première et une seconde extrémité, le dispositif de division d'effort étant arrangé de sorte que chaque bielle de transmission d'effort a sa première extrémité fixée à la partie mobile de l'actionneur et sa seconde extrémité fixée à une première extrémité d'une des deux bielles de liaison, la seconde extrémité de chacune des deux bielles de liaison étant, en utilisation, fixée à une face d'un spécimen d'essai fixé au bâti, les premières extrémités des deux bielles de liaison étant de plus séparées l'une de l'autre d'une distance D non nulle, l'une des deux bielles de liaison étant alignée le long d'un premier axe d'essai et l'autre étant alignée le long d'un second axe d'essai, le premier comme le second axe d'essai formant chacun un angle non nul avec l'axe d'effort. La machine mono-axiale selon l'invention est constituée d'un seul actionneur, par exemple de type vérin, dont l'utilisation est économique et dont le taux de disponibilité est élevé. L'adjonction d'un dispositif de division d'effort à cet actionneur permet à la machine de l'invention de remplir le même rôle qu'une machine bi-axiale en ce sens qu'elle applique des efforts de traction et/ou de compression à un spécimen dans au moins deux axes. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui va suivre de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique de face d'une machine d'essai bi-axiale selon l'art antérieur ; - la figure 2 est vue schématique de face de la machine mono-axiale de l'invention selon un premier mode de réalisation, lorsque la machine est fixée à un spécimen à tester pour réaliser des essais d'effort en traction simple; - la figure 3 est une vue schématique en coupe suivant l'axe 1-1 de la figure 2 et illustre une variante de réalisation du premier mode de réalisation illustré en figure 2; - la figure 4 est vue schématique de face de la machine mono-axiale de l'invention selon un second mode de réalisation, lorsque la machine est fixée à un spécimen à tester pour réaliser des essais d'effort en traction simple; - la figure 5 est une vue schématique en coupe suivant l'axe 11-11 de la figure 4 et illustre une variante de réalisation du second mode de réalisation illustré en figure 4; - la figure 6 est vue schématique de face de la machine mono-axiale de l'invention selon le premier mode de réalisation, lorsque la machine est fixée à un spécimen à tester pour réaliser des essais d'effort en compression simple; - la figure 7 est une vue schématique en coupe suivant l'axe 111-111 de la figure 6; et - la figure 8 est vue schématique de face de la machine mono-axiale de l'invention selon le premier mode de réalisation, lorsque la machine est fixée à un spécimen à tester pour réaliser des essais d'effort en compression et en traction. Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques désignent des éléments identiques ou analogues. Les notions « supérieure » et « inférieure » sont considérées par rapport la notion de hauteur, en référence au repère (0,z) lié au sol où l'axe z est l'axe vertical. En référence à la figure 2, une machine d'essai mono-axiale 10 comprend un bâti 10', un vérin 11, par exemple de type hydraulique, et un dispositif de division d'effort 12. Un spécimen 6 est fixé à la machine mono-axiale 10 au niveau de points de liaisons P1 et P2 de sorte à ce qu'un utilisateur puisse effectuer des tests en traction simple sur le spécimen 6. Dans notre exemple, le spécimen 6 comprend en effet quatre points de liaison Pl,P2,P3,P4 répartis sur quatre faces différentes du spécimen. Les points de liaisons définissent par paire P1 ,P3 et P2,P4 deux axes d'essai distincts et coplanaires D1 et D2. Le point de liaison P1 supérieur gauche et le point de liaison P3 inférieur droit définissant le premier axe d'essai D1, et le point de liaison P2 supérieur droit et le point de liaison P4 inférieur gauche définissant le deuxième axe d'essai D2. Un point de liaison est part exemple une bride de fixation comprenant une vis dont le corps est vissé dans le spécimen. La tête de la vis comprenant des moyens d'accroches à un élément mécanique, par exemple une bielle. On notera que sur la figure 2, le premier axe d'essai D1 est sensiblement perpendiculaire au second axe d'essai D2. Cette caractéristique n'est cependant illustrée qu'a titre d'exemple et son avantage sera explicité plus loin dans la présente description. Le vérin hydraulique 11 comprend de manière classique un corps lia et une tige 11 b mobile en translation par rapport au corps 11a. Le corps du vérin lia est fixé au bâti 10' et la tige 11 b se déplace en translation selon un axe A, dit axe d'effort. Le premier comme le second axe d'essai D1, D2 forment chacun un angle non nul avec l'axe d'effort A. Dans l'exemple illustré en figure 2, on notera que les axes d'essai D1 et D2 et l'axe d'effort A sont compris dans un même plan, dit plan d'essai. Dans la présente description, on entend par articulation une liaison mécanique autorisant un mouvement relatif de rotation d'une pièce par rapport à une autre autour d'un axe perpendiculaire au plan d'essai. Le dispositif de division d'effort 12 est fixé à l'extrémité libre de la tige 11b, via une articulation, par exemple de type rotule, à la tige 11b. On notera, sans sortir du cadre de l'invention, que le dispositif de division d'effort 12 est fixé à l'extrémité libre de la tige 11 b directement ou, via au moins autre pièce, comme par exemple un coulisseau mobile. Le dispositif de division d'effort 12 illustré en figure 2 est formé par deux jeux de bielles 12a,12b et 12c,12d articulées entre elles. Le premier jeu de bielles comprend les bielles 12a et 12b tandis que le second jeu de bielles comprend les bielles 12c et 12d. Les deux jeux de bielles sont maintenus à une distance D l'une de l'autre via une bielle d'écartement 13. La distance D est ajustable pour l'adapter aux dimensions du spécimen 6 à tester. Chaque jeu de bielle, respectivement 12a,12b et 12c,12d, comprend une bielle de transmission d'effort, respectivement, 12a,12c et une bielle de liaison, respectivement 12b,12d. Chacune des bielles 12a-d d'un des deux jeux de bielles est mobile dans le plan d'essai, par rapport aux autres bielles du dispositif de division d'effort 12. Chaque bielle de transmission d'effort 12a,12c d'un jeu de bielle a sa première extrémité articulée à la tige llb et sa seconde extrémité articulée à une première extrémité de la bielle de liaison 12b ,12d du jeu de bielles correspondant. L'articulation entre la bielle de transmission d'effort 12a,12c et la bielle de liaison 12b,12d est appelée jonction dans la suite de la description. Au niveau d'une jonction, une des deux extrémités de la bielle d'écartement 13 est articulée à la bielle de transmission d'effort 12a,12c et/ou à la bielle de liaison 12b,12d d'un des deux jeux de bielles. La seconde extrémité d'une bielle de liaison 12b,12d est fixée au spécimen 6 au niveau d'un point de liaison. Tel que représenté en figure 2, la bielle de liaison 12b du premier jeu de bielle est fixée au point de liaison P1 tandis que la bielle de liaison 12 du second jeu de bielle est fixée au point de liaison P2. Les point de liaisons P3 et P4 sont quant à eux fixés au bâti 10'. En utilisation de la machine 10, le vérin 11 est uniquement actionné pour exercer un effort de traction T, c'est à dire pour ramener la tige llb vers le corps lla du vérin 11. L'effort de traction T fourni par le vérin est divisé en deux efforts T1,T2 répartis au niveau des deux jonctions. Ces deux efforts T1,T2 sont repris au niveaux des points d'attaches P1 et P2 entre les bielles de liaison 12b,12d et le spécimen. Ainsi, un premier effort de traction Ti dirigé le long du premier axe d'essai D1, s'exerce sur le point de liaison P1, tandis qu'un second effort de traction dirigé le long du second axe d'essai D2, s'exerce sur le point de liaison P2. Les efforts exercés Ti et T2 au niveau des deux points de liaisons P1 et P2 sur le spécimen 6 fixé au bâti 10' au niveau des deux autres points de liaisons P3 et P4 engendrent une déformation du spécimen 6. La déformation du spécimen 6 est mesurée de manière connue par des capteurs de déformation arrangés sur le spécimen 6 tandis que des capteurs de forces arrangés au niveau des points de liaison P1 et P2 permettent de dimensionner l'effort fourni par le vérin 11. On comprend qu'a partir d'un unique vérin 11 qui exerce un effort de traction T, un spécimen 6 est testé, via la machine mono-axiale 10, en traction simple en deux points P1,P2 distincts. En effet, le dispositif de division d'effort 12 divise l'effort de traction T en deux efforts de tractions simples T1,T2 s'exerçant au niveau des deux points P1,P2, selon respectivement deux axes D1,D2. Lorsque qu'un utilisateur souhaite faire des tests en compression simple sur un spécimen 6, comme illustré aux figures 6 et 7, le point de liaison P1 supérieur gauche et le point de liaison P2 supérieur droit sont fixés au bâti 10' et le point de liaison P4 inférieur gauche et le point de liaison P3 inférieur droit sont reliés au dispositif de division d'effort 12. Pour ce faire, les bielles de liaisons 12b et 12d sont choisies de longueur adaptée et la seconde extrémité de la bielle 12b est articulée au point de liaison P3 tandis que la seconde extrémité de la bielle 12d est articulée au point de liaison P4. En utilisation de la machine 10, le vérin 11 est uniquement actionné pour exercer un effort de traction T, c'est à dire pour ramener la tige llb vers le corps lla du vérin 11. L'effort de traction T fourni par le vérin est divisé en deux efforts T3 et T4 répartis au niveau des deux jonctions. Ces deux efforts T3 et T4 sont repris au niveaux des points d'attaches P3 et P4 entre les bielles de liaison 12b,12d et le spécimen 6. Ainsi, un premier effort de compression T3 dirigé le long du premier axe d'essai D1, s'exerce sur le point de liaison P3, tandis qu'un second effort de compression T4, dirigé le long du second axe d'essai D2, s'exerce sur le point de liaison P4. On comprend ainsi qu'a partir d'un unique vérin 11 qui exerce un effort de traction T, un spécimen 6 est testé, via la machine mono-axiale 10, en compression simple en deux points P3,P4 distincts. Lorsque qu'un utilisateur souhaite faire des tests, simultanément en compression et en traction, sur un spécimen 6 et comme illustré en figure 8, le point de liaison P4 inférieur gauche et le point de liaison P1 supérieur gauche sont reliés au dispositif de liaison 12 et le point de liaison P2 supérieur droit et le point de liaison inférieur droit P3 sont fixés au bâti 10'. Pour ce faire, les bielles de liaisons 12b, 12d sont choisies de longueur adaptée et la seconde extrémité de la bielle 12b est articulée au point de liaison P1 tandis que la seconde extrémité de la bielle 12d est articulée au point de liaison P4. En utilisation de la machine 10, le vérin 11 est uniquement actionné pour exercer un effort de traction T, c'est à dire pour ramener la tige 11 b vers le corps 11 a du vérin 11. L'effort de traction T fourni par le vérin est divisé en deux efforts Ti et T4 répartis au niveau des deux jonctions. Ces deux efforts Ti et T4 sont repris au niveaux des points d'attaches P1 et P4 entre les bielles de liaison 12b,12d et le spécimen 6. Ainsi, un effort de traction Ti est combiné à un effort de compression T4. En effet, un effort de traction Ti, dirigé le long du premier axe d'essai D1, s'exerce sur le point de liaison P1 tandis qu'un effort de compression T4, dirigé le long du second axe d'essai D2, s'exerce sur le point de liaison P4. On comprend ainsi qu'a partir d'un unique vérin 11 qui exerce un effort de traction T, un spécimen 6 est testé, via la machine mono-axiale 10, à la fois en compression et en traction. Une telle machine mono-axiale 10 permet donc de remplir le même rôle qu'une machine bi-axiale en ce sens qu'elle applique des efforts de traction et/ou de compression à un spécimen dans au moins deux axes D1 et D2. Il est à noter que l'invention permet également de réaliser des essais en fatigue du spécimen 6. A cette fin, l'effort de traction du vérin 11 varie périodiquement, et de préférence sinusoïdalement, dans le temps entre une valeur positive minimale Tmin et une valeur positive maximale Tman. La valeur Tmin est non nulle afin d'éviter que le jeu interne des liaisons articulées de la machine mono-axiale 10 ne viennent fausser les résultats des essais en fatigue. Dans un second mode de réalisation de l'invention, chacune des bielles de liaison 12b,12d est constituée de deux parties 12b',12d' et 12b",12d" articulées l'une à l'autre. Ce second mode de réalisation est illustré en figure 4, uniquement pour la réalisation d'un effort en traction simple et ce à des fins de concisions de la présente description. La bielle de liaison 12b du premier jeu de bielles comprend une première partie libre 12b' et une deuxième partie 12b" assujettie en translation dans la direction d'essai Dl. La bielle de liaison 12d du second jeu de bielles comprend quant à elle une première partie libre 12d' et une deuxième partie 12d" assujettie en translation dans la direction d'essai D2. Chaque première partie libre 12b',12d' d'une bielle de liaison 12b,12d est articulée à son extrémité supérieure à la seconde extrémité de la bielle de transmission d'effort, respectivement 12a,12c, du jeu de bielle correspondant et est articulée à son extrémité inférieure à l'extrémité supérieure de la deuxième partie, respectivement 12b",12d", assujettie en translation de la bielle de liaison 12b,12d. L'extrémité inférieure de la deuxième partie 12b",12d" est reliée au spécimen 6, au niveau d'un point de liaison. Ainsi, l'extrémité inférieure de la deuxième partie 12b" est articulée au point de liaison P1 tandis que l'extrémité inférieure de la deuxième partie 12d" est articulée au point de liaison P2. Afin d'assujettir la deuxième partie 12b",12d" d'une bielle de liaison 12b,12d en translation dans une des directions d'essai D1,D2 donnée, la deuxième partie 12b",12d" est montée mobile en translation par rapport au bâti 10', par l'intermédiaire d'une liaison glissière 14 prévue parallèlement à la direction d'essai Dlou D2 correspondante. L'avantage de ce mode de réalisation est que l'assujettissement en translation de la bielle de liaison 12b,12d n'autorise, lors de la réalisation d'un essai, qu'un déplacement en translation des points de liaison, ici P1 et P2, dans selon, respectivement, l'axe d'essai D1, D2. La précision de la mesure de la résistance du spécimen suite à un essai s'en trouve améliorée. Une variante du premier et du second mode de réalisation qui viennent d'être décrits est illustrée respectivement aux figures 3 et 5, uniquement pour la réalisation d'un effort en traction simple et ce à des fins de concisions de la présente description Comme représenté sur ces figures, une première bielle de reprise d'effort 15 est intercalée entre le point de liaison P4 inférieur gauche et le point de liaison P2 supérieur droit du spécimen 6. Bien que cela ne soit pas représenté sur les figures, une seconde bielle de reprise d'effort est également intercalée entre le point de liaison P3 inférieur droit et le point de liaison P1 supérieur gauche du spécimen. Une bielle de reprise d'effort 15 permet de réduire l'effort appliqué au spécimen 6 selon une direction le long de l'un ou l'autre des axes d'essai D1, D2. Le flambement des bielles 12a-d du dispositif de division d'effort est ainsi évité lorsque le vérin 11 exerce un effort de traction T trop important sur le spécimen 6. Par ailleurs, on notera dans les exemples illustrés aux figures 2 à 8, que les axes d'essais D1 et D2 et l'axe d'effort A sont tous situés dans un même plan, dit plan d'essai. Cela permet, en plus de simplifier la conception de la machine mono-axiale 10, de limiter le flambement des bielles 12a-d du dispositif de division d'effort, puisque les extrémités des bielles 12a-d se situent dans le plan d'essai. Dans une autre variante du premier et du second mode de réalisation, les axes d'essai D1 et D2 sont perpendiculaires entre eux et forment chacun un angle de 45° avec l'axe d'effort A et la première extrémité d'une bielle de transmission d'effort 12a est contigüe à la première extrémité de l'autre bielle transmission d'effort 12c. L'avantage de cette variante est que l'effort de traction T exercé par le vérin 11 est réparti équitablement en deux efforts, chaque effort s'exerçant au niveau d'un des points de liaison P1,P2, P3, P4 du spécimen. REVENDICATIONS1. Machine d'essai mono-axiale (10) comprenant un bâti (10') et un actionneur (11) dont une partie (11 b) est mobile par rapport au bâti (10') suivant un axe d'effort (A), caractérisée en ce que la machine (10) comprend en outre un dispositif de division d'effort (12) fixé à la partie mobile (11b) de l'actionneur, le dispositif de division d'effort comprenant deux bielles de transmission d'effort (12a,12c) et deux bielles de liaison (12b,12d), lesdites bielles ayant chacune une première et une seconde extrémité, le dispositif de division d'effort (12) étant arrangé de sorte que chaque bielle de transmission d'effort (12a,12c) a sa première extrémité fixée à la partie mobile de l'actionneur (11 b) et sa seconde extrémité fixée à une première extrémité d'une des deux bielles de liaison (12b,12d), la seconde extrémité de chacune des deux bielles de liaison étant, en utilisation, fixée à une face d'un spécimen (6) d'essai fixé au bâti (10'), les premières extrémités des deux bielles de liaison étant de plus séparées l'une de l'autre d'une distance D non nulle, l'une des deux bielles de liaison étant alignée le long d'un premier axe d'essai (D1) et l'autre étant alignée le long d'un second axe d'essai (D2) , le premier comme le second axe d'essai (D1,D2) formant chacun un angle non nul avec l'axe d'effort (A). 2. Machine d'essai mono-axiale (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une une bielle d'écartement (13) maintient les premières extrémités des deux bielles de liaison écartées de la distance D. 3. Machine d'essai mono-axiale (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les bielles de transmission d'effort (12a,12c) et les bielles de liaison (12b,12d) sont coplanaires. 4. Machine d'essai mono-axiale (10) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en que chaque bielle de liaison (12b,12d) est composée de deux parties (12b',12d',12b",12d") articulées l'une à l'autre, une première partie (12b',12d') dont une extrémité est articulée à une bielle de transmission, et une deuxième partie (12b",12d") montée mobile en translation selon une des axes d'essai (D1,D2) et fixée, en utilisation, au spécimen (6). 5. Machine d'essai mono-axiale (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier et le second axe d'essai (D1,D2) sontsensiblement perpendiculaires entre eux et chacun est incliné d'un angle sensiblement égal à 45° par rapport à l'axe d'effort (a).