Brevet FR3057059A1 — publié le 20180406

Installation de mesure et méthode pour mesurer la résistance mécanique d'un corps creux La présente invention se rapporte à une installation de mesure et à une méthode pour mesurer la résistance mécanique d'un corps creux. Un domaine d'application envisagé est notamment, mais non exclusivement, celui de la mesure de la résistance mécanique des tubes en matériau composite. Des installations de mesure connues mettent en oeuvre la pression hydraulique pour pouvoir tester la résistance mécanique des tubes en matériau composite et plus généralement des tubes réalisés dans un matériau polymère. Usuellement, on fournit un tronçon de tube, lequel présente une paroi interne et deux extrémités opposées ouvertes, et on vient obturer de manière étanche les deux extrémités grâce à deux éléments d'obturation pour pouvoir ensuite injecter sous pression un fluide à l'intérieur du tronçon de tube. Ainsi, grâce à une pompe hydraulique, par exemple une pompe à piston, on augmente progressivement la pression hydraulique à l'intérieur du tronçon de tube jusqu'à l'éclatement. À ce stade de l'éclatement, on relève la pression hydraulique fournie par la pompe. De la sorte, il est aisé de tester et de mesurer la résistance mécanique d'une pluralité d'échantillons de tube. Toutefois, un inconvénient d'une telle méthode et de l'installation qui la met en oeuvre, réside dans la faible cadence de réalisation des tests. En effet, dès que le tronçon de tube éclate, le fluide sous pression qu'il contient se répand avec une grande énergie cinétique à l'extérieur du tube éclaté et inonde au surplus l'environnement. Bien évidemment, la pompe hydraulique cesse de fonctionner dès lors que le tronçon de tube éclate. Néanmoins, il est nécessaire de prévoir un carénage de protection et un bac de récupération de fluide autour du tronçon de tube lors de l'essai, non seulement pour préserver les opérateurs, mais aussi pour éviter l'aspersion des équipements nécessaires à la mise en oeuvre de l'installation de mesure. Un autre inconvénient aux mêmes conséquences, apparaît lorsque le corps creux se 3057059 2 dilate fortement. En effet, dans ce cas les extrémités obturées ne sont plus étanches et les fuites sont alors inévitables. Aussi, un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention, est de fournir une méthode et une installation de mesure mettant en 5 oeuvre la méthode, qui soit non seulement plus productive et par conséquent, plus économique, mais qui permette également de préserver les opérateurs et les équipements de mise en oeuvre. Dans ce but, selon un premier objet, il est proposé une installation de mesure pour mesurer la résistance mécanique d'un corps creux présentant une 10 paroi interne et deux extrémités opposées ouvertes, ladite installation de mesure comprenant : un corps déformable destiné à être introduit à l'intérieur dudit corps creux ; deux éléments d'obturation destinés à être engagés respectivement à travers lesdites deux extrémités opposées ouvertes dudit corps creux pour pouvoir maintenir ledit corps déformable à l'intérieur dudit 15 corps creux ; et, un dispositif de production d'effort pour provoquer la déformation dudit corps déformable de manière à ce que ledit corps déformable déformé exerce une pression uniforme sur ladite paroi interne pour provoquer la déformation dudit corps creux, tandis que ledit dispositif de production d'effort enregistre une valeur d'intensité d'effort. Ledit corps 20 déformable est un corps solide, et ledit dispositif de production d'effort est destiné à entraîner lesdits deux éléments d'obturation l'un vers l'autre pour venir comprimer axialement ledit corps solide, tandis que ledit corps solide se déforme radialement pour pouvoir exercer ladite pression uniforme sur ladite paroi interne dudit corps creux. 25 Ainsi, une caractéristique de l'invention réside dans la mise en oeuvre d'un corps solide déformable et non plus d'un corps liquide. Partant, lorsque les deux éléments d'obturation sont entraînés l'un vers l'autre, ils exercent une pression axiale sur le corps solide déformable qui, conséquemment, s'expand radialement. Ce faisant, le corps solide déformé vient exercer une pression 30 uniforme en tout point de la paroi interne du corps creux, pression qui s'exerce de l'intérieur vers l'extérieur dudit corps creux. De la sorte, en rapprochant plus encore l'un vers l'autre les éléments d'obturation, on augmente par la même la 3057059 3 pression axiale sur le corps solide déformable, et partant, son amplitude d'expansion radiale. Finalement, L'expansion radiale du corps solide déformable provoque la déformation du corps creux et l'augmentation de sa circonférence, lequel corps creux vient à se détériorer et à éclater. Toutefois, 5 lors de son éclatement, le corps solide déformable demeure intègre en un seul bloc. Aussi, il ne se répand pas à l'extérieur du corps creux comme le ferait un fluide hydraulique. Lorsque le corps creux est un tube en matériau composite, et par conséquent un matériau polymère dans lequel sont noyées des fibres de 10 renfort, le tube tend alors à gonfler lorsque le corps solide s'expand radialement, puis certaines fibres se rompent en créant une zone plus fragile et la paroi du tube s'ouvre alors brutalement, libérant alors une partie du corps solide. Selon un mode de réalisation de l'invention particulièrement avantageux, 15 ledit corps solide déformable est réalisé dans un matériau élastomère. De la sorte, non seulement le corps solide demeure entre les deux éléments d'obturation dès après l'éclatement du corps creux, mais de surcroît, il reprend sa forme originelle lorsque les éléments d'obturation sont écartés l'un de l'autre. Aussi, le corps solide déformable peut être réutilisé pour un nouvel 20 essai et partant, le coût des essais est limité. En outre, et de façon particulièrement avantageuse, ledit corps solide déformable est incompressible. Aussi, son coefficient de Poisson, caractéristique de la déformation des corps élastiques, est voisin de 0,5. Partant, la contraction volumique du corps solide provoquée par le 25 rapprochement des deux éléments d'obturation, se traduit par une expansion volumique de même amplitude. Préférentiellement, ledit corps solide déformable est réalisé dans un matériau élastomère. Par exemple, la dureté du matériau est de 70 Shore A. Des caoutchoucs naturels, présentant une dureté équivalente peuvent par 30 exemple être mis en oeuvre. On recherchera a déterminer le module de compressibilité de manière à avoir une valeur élevée, pouvant être comprise 3057059 4 entre 5000 et 9000 MPa. Cette valeur peut être déterminée avant l'essai dans un environnement indéformable. Selon un mode de réalisation de l'invention préféré, ledit corps solide déformable est un cylindre circulaire droit. La géométrie d'un tel corps solide 5 est bien évidemment adaptée à des corps creux de géométrie correspondante c'est-à-dire, cylindrique de révolution. Aussi, on choisit de préférence un cylindre circulaire droit dont le diamètre externe est sensiblement égal, aux jeux fonctionnels près, au diamètre interne du corps creux. En outre, lesdits deux éléments d'obturation sont de symétrie cylindrique 10 droite à directrice circulaire. De la sorte, ils viennent obturer entièrement et respectivement l'espace des extrémités ouvertes du corps creux. Partant, le corps solide ne peut venir s'étendre en dehors de la cavité formée par la paroi interne du corps creux et les deux éléments d'obturation, pour s'en échapper. Selon une caractéristique avantageuse, l'un desdits deux éléments 15 d'obturation présente un épaulement pour recevoir ledit corps creux en appui. De la sorte, l'autre desdits deux éléments d'obturation forment alors piston à l'intérieur du corps creux pour venir comprimer le corps solide déformable, tandis que le corps creux demeure axialement en position fixe ; et il est libre de se déformer radialement jusqu'aux extrémités. 20 Préférentiellement, ledit dispositif de production d'effort est un dynamomètre. Il vient donc imprimé un mouvement de rapprochement des deux éléments d'obturation tandis qu'il enregistre les efforts qui en retour viennent s'exercer sur lui par la compression du solide déformable. Un tel dynamomètre s'apparente plus précisément à un cedomètre, travaillant par 25 construction en compression. Selon un autre objet, il est proposé une installation de mesure pour mesurer la résistance mécanique d'un corps creux présentant une paroi interne et deux extrémités opposées ouvertes, ladite méthode de mesure étant du type comprenant les étapes suivantes : on fournit un corps déformable ; on introduit 30 ledit corps déformable à l'intérieur dudit corps creux ; on engage deux éléments d'obturation respectivement à travers lesdites deux extrémités opposées ouvertes dudit corps creux pour pouvoir maintenir ledit corps 3057059 5 déformable à l'intérieur dudit corps creux ; et, on exerce un effort de façon à provoquer la déformation dudit corps déformable de manière à ce que ledit corps déformable déformé exerce une pression uniforme sur ladite paroi interne pour provoquer la déformation dudit corps creux, tandis qu'on 5 enregistre une valeur d'intensité d'effort. Ledit corps déformable est un corps solide, et on entraîne lesdits deux éléments d'obturation l'un vers l'autre pour venir comprimer axialement ledit corps solide, tandis que ledit corps solide se déforme radialement pour pouvoir exercer ladite pression uniforme sur ladite paroi dudit corps creux. 10 Une telle méthode présente tous les avantages décrits ci-dessus au droit de l'installation qui la met en oeuvre. Aussi, avantageusement, on fournit un corps déformable réalisé en élastomère. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture 15 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 l'installation de mesure conforme à l'invention ; 20 - la Figure 2 est graphe obtenu grâce à l'installation représentée sur la Figure 1 ; et, - la Figure 3 est un organigramme de mise en oeuvre de la méthode de mesure selon l'invention. La Figure 1 illustre une installation de mesure 10 permettant de mesurer 25 la résistance mécanique d'un corps creux et en l'espèce, d'une portion de tube 12 de symétrie cylindrique droite à courbe directrice circulaire et d'axe de symétrie A. La portion de tube 12 présente deux extrémités opposées ouvertes, une extrémité supérieure 11 et une extrémité inférieure 13, ainsi qu'une paroi interne 15. 30 En l'espèce, la portion de tube 12 est réalisé dans un matériau composite fabriqué par enroulement filamentaire avec un arrangement précis des fibres imprégnées de résine polymérisable. L'enroulement filamentaire peut être 3057059 6 réalisé de manière hélicoïdale. La résine est ici une résine thermodurcissable, par exemple une résine époxyde. Bien entendu, le tube peut également être réalisé au moyen d'une résine thermoplastique. La portions de tube 12 présente ici un diamètre de 120 mm, et l'épaisseur de sa paroi est de l'ordre de 5 3 mm. En l'espèce, la longueur de la portion de tube 12 à tester est de 150 MM. L'installation de mesure 10 vise à pouvoir tester la résistance mécanique de ces tubes composites notamment. L'installation de mesure 10 présente une embase 14 surmontée d'un 10 portique 16 dont elle est solidaire. Le portique 16 présente une traverse 17 sensiblement parallèle à l'embase 14. L'embase 14 supporte un premier élément d'obturation 18 de symétrie circulaire. Ce premier élément d'obturation 18 présente une partie centrale en saillie 20 définissant un épaulement 22. La partie centrale en saillie 20, présente une symétrie cylindrique de révolution, et 15 elle vient obturer l'extrémité inférieure ouverte 13 de la portion de tube 12, tandis que le bord inférieur de la portion de tube 12 prend appui sur l'épaulement 22. Ainsi, la portion de tube 12 s'étend verticalement, soit perpendiculairement à l'embase 14 et son extrémité supérieure 11 est refermée 20 au moyen d'un second élément d'obturation 24, après qu'un corps solide déformable cylindrique 26, et non compressible, a été inséré à l'intérieur de la portion de tube 12. Ainsi qu'on l'expliquera ci-après, le corps solide déformable cylindrique 26 peut être inséré à l'intérieur de la portion de tube 12 avant d'emmancher la partie centrale en saillie 20 et l'extrémité inférieure ouverte 13. 25 Le second élément d'obturation 24, de symétrie cylindrique circulaire, présente un diamètre sensiblement égal au diamètre intérieur de la portion de tube 12, au jeu fonctionnel près. Partant, le second élément d'obturation 24 vient s'appuyer axialement sur le corps solide déformable 26. Il est alors apte à former piston à l'intérieur de la portion de tube 12, comme on l'expliquera ci- 30 après. Le corps solide déformable cylindrique 26 est formé dans un matériau élastomère d'une dureté 70 Shore A. Le matériau élastomère est ici un 3057059 7 polyuréthane et il présente un coefficient de poisson voisin de 0,5 et est, par conséquent, incompressible. Il est cependant élastiquement déformable, et son module de compressibilité est compris entre 5000 et 9000 MPa. Conformément à l'exemple présenté sur la Figure 1, le corps solide 5 déformable 26 présente un diamètre de 118 mm et une hauteur de 120 mm. L'installation de mesure 10 comprend en outre un dispositif de production d'effort 28 monté solidairement sur la traverse 17. Le dispositif de production d'effort 28 comprend un vérin hydraulique 30 et une jauge de contrainte 32, installée entre le vérin hydraulique 30 et la traverse 17. 10 Le vérin hydraulique 30 et la jauge de contrainte 32 sont reliés à un boîtier d'enregistrement et de visualisation 34. Ce dernier permet d'enregistrer et d'afficher l'amplitude du déplacement longitudinal du vérin hydraulique 30 et simultanément la contrainte exercée sur ledit vérin hydraulique 30. Le boîtier d'enregistrement et de visualisation 34 inclut également les organes de 15 commande du vérin hydraulique 30. Ces derniers peuvent être automatiques ou semi-automatiques comme on l'expliquera ci-après. Ainsi, après avoir décrit les éléments structurels de l'installation de mesure 10 conforme à l'invention, on décrira en référence à la Figure 3, les différentes étapes de la méthode qu'elle permet de mettre en oeuvre. 20 Ainsi, selon une première étape 38, on fournit le corps solide déformable cylindrique 26 de révolution, réalisé dans un matériau en élastomère présentant un module de compressibilité connu. Ses dimensions, sont déterminées, comme indiqué ci-dessus, par la géométrie de la portion de tube 12 à tester. 25 Selon une deuxième étape 40, on engage le corps solide déformable cylindrique 26 à l'intérieur de la portion de tube 12, puis on engage les deux éléments d'obturation 18, 24 respectivement à travers les deux extrémités opposées ouvertes 11, 13, lesquels éléments d'obturation 18, 24 viennent en contact avec le corps solide déformable cylindrique 26. Comme décrit ci- 30 dessus, le second élément d'obturation 24 s'appuie axialement sur le corps solide déformable 26 en formant piston à l'intérieur de la portion de tube 12, tandis que le bord inférieur de la portion de tube 12 prend appui sur 3057059 8 l'épaulement 22. Autrement dit, le second élément d'obturation 24 est libre en translation par rapport à la portion de tube 12, tandis qu'elle est en prise dans le premier élément d'obturation 18. Selon une troisième étape 42, l'ensemble ainsi formé au cours de la 5 deuxième étape 40 est alors installé, l'élément d'obturation 18, inférieur, en appui sur l'embase 14 et l'élément d'obturation 24, supérieur, sous le vérin hydraulique 30. Puis, dans une quatrième étape 44, on commande l'actionnement du vérin hydraulique 30 tout en enregistrant grâce au boîtier d'enregistrement et 10 de visualisation 34, l'amplitude de mouvement du vérin hydraulique 30 et la valeur d'effort donnée par la jauge de contrainte 32. Ainsi, on entraîne l'élément d'obturation supérieur 24 vers l'élément d'obturation inférieure 18 tout en comprimant axialement selon l'axe de symétrie A, le corps solide déformable cylindrique 26. Ce faisant, le corps solide déformable cylindrique 15 26 se déforme radialement et il exerce alors une pression uniforme sur la paroi de la portion de tube 12. Cette pression s'exerce également radialement vers l'extérieur à l'opposé de l'axe de symétrie A, sur la portion de tube 12. Ce dernier tend alors à se déformer, à volume constant et plus précisément, à gonfler. 20 On observera que la pression s'exerce avec une même intensité en tout point de la paroi interne 15, tant à équidistance des extrémités opposées ouvertes 11, 13, qu'au niveau de ces extrémités 11, 13. Partant, la portion de tube 12 subit des contraintes uniformes de symétrie cylindrique. En outre, durant cette quatrième étape 44, tant que l'amplitude du 25 mouvement du vérin hydraulique 30 s'accroît et que la valeur de contrainte fournie par la jauge de contrainte 32 est supérieure à la valeur précédente, dans une épreuve de test 46, alors le vérin hydraulique 30 continu d'être actionné selon la quatrième étape 44. En revanche, dès que la valeur de contrainte fournie par la jauge de 30 contrainte 32 est inférieure à celle de la valeur précédente, alors que le vérin hydraulique 30 poursuit sa course, le vérin hydraulique 30 est commandé de façon à poursuivre sa course selon une amplitude finale donnée pour ensuite 3057059 9 être porté à l'arrêt. Le programme de mesures est alors stoppé et les résultats sont affichés selon une étape d'affichage 48. On se reportera alors sur le graphe de la Figure 2, illustrant les résultats des mesures enregistrées grâce au boîtier d'enregistrement et de 5 visualisation 34, pour deux échantillons de portion de tube. Ainsi, le graphe 50 représenté sur la Figure 2, montrant en abscisses l'amplitude du mouvement du vérin hydraulique 30 et en ordonnées les valeurs d'efforts fournis par la jauge de contrainte 32, présente deux courbes une première 52 et une seconde 53. La première courbe 52, correspondant à 10 l'échantillon de la portion de tube 12 décrite ci-dessus, montre une phase élastique 54 durant laquelle le corps solide déformable cylindrique 26 est comprimé axialement, et un sommet 56 à l'instant où la portion de tube 12 se déstructure et se fend. Les valeurs d'efforts fournis par la jauge de contrainte 32 chutent alors brutalement bien que le vérin hydraulique 30 poursuive sa 15 course selon l'amplitude finale. La courbe 52 vient alors caractériser la résistance mécanique de la portion de tube 12. Plus les coordonnées du sommet 56 (X1, p°) sont élevées, plus la portion de tube 12 est résistante. La seconde courbe 53 montre les résultats de mesures réalisées sur un 20 autre type d'échantillon de portion de tube. La courbe 53 est de forme générale sigmoïdale, et elle présente alors trois phases distinctes. Une première phase élastique 58 dans laquelle la déformation du corps solide déformable cylindrique 26 est importante en regard de la force de rappel qu'il induit. Une deuxième phase élastique 60 dans laquelle la force de rappel induit par sa 25 déformation s'accroît substantiellement. Et une troisième phase élastique 62 sensiblement asymptotique, où la force de rappel diminue par rapport à la deuxième phase. La courbe 53 est alors également caractéristique de la résistance mécanique de la portion de tube. 30 Après traitement des résultats par le biais de résolutions analytiques ou numériques, on remonte aux caractéristiques mécaniques anisotropes du composite étudié qui intègre alors les éléments du processus de fabrication. REVENDICATIONS1. Installation de mesure (10) pour mesurer la résistance mécanique d'un corps creux présentant une paroi interne (15) et deux extrémités opposées (13, 11) ouvertes, ladite installation de mesure comprenant : - un corps déformable (26) destiné à être introduit à l'intérieur dudit corps creux (12) ; - deux éléments d'obturation (18, 24) destinés à être engagés respectivement à travers lesdites deux extrémités opposées (13, 11) ouvertes dudit corps creux (12) pour pouvoir maintenir ledit corps déformable (26) à l'intérieur dudit corps creux ; et, - un dispositif de production d'effort (28) pour provoquer la déformation dudit corps déformable (26) de manière à ce que ledit corps déformable déformé exerce une pression uniforme sur ladite paroi interne (15) pour provoquer la déformation dudit corps creux (26), tandis que ledit dispositif de production d'effort (28) enregistre une valeur d'intensité d'effort, caractérisée en ce que ledit corps déformable (26) est un corps solide, et en ce que ledit dispositif de production d'effort (28) est destiné à entraîner lesdits deux éléments d'obturation (18, 24) l'un vers l'autre pour venir comprimer axialement ledit corps solide (26), tandis que ledit corps solide se déforme radialement pour pouvoir exercer ladite pression uniforme sur ladite paroi interne (15) dudit corps creux (12). 2. Installation de mesure selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit corps solide déformable (26) est réalisé dans un matériau élastomère. 3. Installation de mesure selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit corps solide déformable (26) est incompressible. 4. Installation de mesure selon la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que ledit corps solide déformable (26) est réalisé dans un caoutchouc naturel. 5. Installation de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ledit corps solide déformable (26) est un cylindre circulaire droit. 3057059 11 6. Installation de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que lesdits deux éléments d'obturation (18, 24) sont de symétrie cylindrique droite à directrice circulaire. 7. Installation de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 5 à 6, caractérisée en ce que l'un (18) desdits deux éléments d'obturation présente un épaulement (22) pour recevoir ledit corps creux (12) en appui. 8. Installation de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que ledit dispositif de production d'effort (28) est un dynamomètre. 10 9. Méthode de mesure pour mesurer la résistance mécanique d'un corps creux (12) présentant une paroi interne (15) et deux extrémités opposées (11, 13) ouvertes, ladite méthode de mesure étant du type comprenant les étapes suivantes : - on fournit un corps déformable (12) ; 15 - on introduit ledit corps déformable (26) à l'intérieur dudit corps creux (12) ; - on engage deux éléments d'obturation (24, 18) respectivement à travers lesdites deux extrémités opposées (11, 13) ouvertes dudit corps creux (12) pour pouvoir maintenir ledit corps déformable (26) à l'intérieur dudit corps 20 creux ; et, - on exerce un effort de façon à provoquer la déformation dudit corps déformable (26) de manière à ce que ledit corps déformable déformé exerce une pression uniforme sur ladite paroi interne (15) pour provoquer la déformation dudit corps creux (12), tandis qu'on enregistre une valeur 25 d'intensité d'effort, caractérisée en ce que ledit corps déformable (26) est un corps solide, et en ce qu'on entraîne lesdits deux éléments d'obturation (24, 18) l'un vers l'autre pour venir comprimer axialement ledit corps solide (26), tandis que ledit corps solide se déforme radialement pour pouvoir exercer ladite pression 30 uniforme sur ladite paroi interne (15) dudit corps creux (12). 10. Méthode de mesure selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'on fournit un corps déformable (26) réalisé en élastomère.