Brevet FR3069642A1 — publié le 20190201

Dispositif de fixation d'une éprouvette plate pour réaliser sur celle-ci un essai de traction L'invention a trait au domaine des essais de traction réalisés sur des éprouvettes plates. Lorsqu'ils sont réalisés sur des éprouvettes métalliques, ces essais le sont généralement en conformité avec la norme NF EN ISO 6892 (2009), qui va jusqu'à fournir les spécifications de forme et de dimensionnement des éprouvettes. Une éprouvette plate comprend, selon la norme précitée, une paire de têtes d'amarrage et une partie centrale calibrée (également appelée « zone utile »). On connaît divers types de dispositifs pour réaliser la fixation d'une telle éprouvette en vue d'un essai de traction sur celle-ci. Dans un premier dispositif, les têtes de l'éprouvette sont percées et sont maintenues au moyen de goupilles qui les traversent. Dans un deuxième dispositif, les têtes de l'éprouvette sont maintenues au moyen de mors qui viennent les enserrer. Dans un troisième dispositif, les têtes des éprouvettes sont serrées par des vis. Aucun de ces dispositifs ne répond correctement à la norme, car ils ne permettent pas de positionner l'éprouvette de manière précise et sans jeu, ce qui fausse les mesures. Un premier objectif est par conséquent de proposer un dispositif de fixation d'une éprouvette pour réaliser un essai de traction, qui procure une meilleure précision dans le positionnement de l'éprouvette. Un deuxième objectif est de proposer un dispositif de fixation qui permette de réaliser des mesures fiables et précises, en particulier lorsque l'essai est réalisé à température élevée (conformément à la partie 2 de la norme précitée). A cet effet, il est proposé, en premier lieu, un dispositif de fixation d'une éprouvette normalisée plate pour réaliser sur celle-ci un essai de traction, ce dispositif comprenant : une paire de supports comprenant chacun : o un corps cylindrique d'extension axiale, pourvu d'une portion filetée et d'une fente pratiquée selon un plan axial et propre à accueillir une tête de l'éprouvette, cette fente débouchant à une extrémité proximale du corps, et 2 o une paire de fenêtres traversantes pratiquées transversalement dans le corps au voisinage de l'extrémité proximale ; pour chaque support, une paire de mors montés chacun coulissant 5 transversalement dans une fenêtre, chaque mors ayant une face interne d'appui, une face externe tronconique et une échancrure transversale ; pour chaque support, une goupille montée conjointement dans les échancrures des mors d'une même paire, au travers d'un trou 10 pratiqué transversalement dans la tête de l'éprouvette ; pour chaque support, un écrou pourvu d'un alésage interne taraudé en prise hélicoïdale avec la portion filetée du corps, cet écrou étant pourvu, au voisinage d'une extrémité proximale, d'une portée tronconique apte à venir, par rotation de l'écrou sur le corps, 15 coopérer avec les faces externes des mors pour les rapprocher l'un de l'autre en enserrant la tête de l'éprouvette. Grâce à la combinaison des supports fendus, des mors, des goupilles et des écrous, le maintien de l'éprouvette est à la fois ferme et précis, ce qui favorise la fiabilité et la précision des mesures. 20 Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaison : - la face interne de chaque mors est pourvue de striures ; - l'échancrure pratiquée dans chaque mors est à section carrée ; chaque fenêtre est à section rectangulaire ; 25 - la portée tronconique de chaque écrou présente un angle au sommet de 60° environ ; chaque support présente, à une extrémité distale, un perçage taraudé pour la fixation par vissage sur une cellule de force ou, respectivement, sur un vérin ; 30 - chaque support est pourvu, au voisinage de son extrémité distale, de méplats aptes à coopérer avec une clé de serrage du support sur la cellule de force ou, respectivement, sur le vérin. Il est proposé, en deuxième lieu, un procédé d'essai de traction sur une éprouvette normalisée plate au moyen d'un dispositif tel que 35 présenté ci-dessus, qui comprend les opérations suivantes : 3 fixer les supports respectivement sur une cellule de force et sur un vérin, de manière coaxiale et en positionnant leurs fentes de manière coplanaire ; positionner les têtes de l'éprouvette dans les fentes ; 5 chaque écrou maintenu dans une position inactive dans laquelle il est écarté de l'extrémité proximale du support, insérer les mors transversalement dans les fenêtres et chaque goupille transversalement dans les échancrures d'une même paire de mors au travers du trou pratiqué dans la tête de l'éprouvette ; 10 - visser chaque écrou jusqu'à amener les mors dans une position de serrage dans laquelle ils enserrent l'éprouvette entre leurs faces d'appui respectives ; écarter le vérin de la cellule de force d'une distance et/ou à une vitesse prédéterminées. 15 Selon un mode préféré de réalisation, la face externe de chaque mors est tournée à l'opposé de l'extrémité distale du support, et la portée tronconique de l'écrou est tournée vers celle-ci. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description d'un mode de réalisation, faite ci-après en 20 référence aux dessins annexés dans lesquels : la FIG.1 est une vue en perspective éclatée montrant un dispositif de fixation d'une éprouvette normalisée plate pour réaliser sur celle-ci un essai de traction, partiellement arraché, avec, en médaillon, un détail à plus grande échelle centré sur un mors ; 25 - la FIG.2 est une vue en coupe du dispositif de la FIG.1, dont la mise en place est presque achevée en vue d'un essai de traction, avec, en médaillon, un détail à plus grande échelle centré sur une partie proximale du support ; la FIG.3 est une vue de détail similaire au médaillon de la FIG.2, 30 après l'achèvement de la mise en place du dispositif. Sur les dessins est représenté un dispositif 1 de fixation d'une éprouvette 2 normalisée plate pour réaliser sur celle-ci un essai de traction. L'éprouvette 2 est avantageusement métallique, et par exemple 35 conforme à la norme NF EN ISO 6892. Elle comprend une paire de têtes 3 d'amarrage à contour rectangulaire, et une partie 4 centrale calibrée, 4 de plus faible section, qui se raccorde à chaque tête 3 par des congés 5. Comme on le voit sur la FIG.1, l'éprouvette 2 est pourvue d'une paire de trous 6 traversants pratiqués transversalement chacun dans 5 une tête 3. Le dispositif 1 comprend, en premier lieu, une paire de supports 7 identiques, sur chacun desquels l'éprouvette 2 est destinée à être fixée par chacune de ses têtes 3. Chaque support 7 comprend un corps 8 cylindrique qui s'étend 10 selon un axe X principal, depuis une extrémité 9 proximale jusqu'à une extrémité 10 distale. Le support 7 est pourvu, extérieurement, sur son corps 8, d'une portion 11 filetée. Selon un mode particulier de réalisation illustré sur les dessins, la portion 11 filetée s'étend dans une partie médiane du support 7, et s'interrompt de part et d'autre à 15 distance de chacune des extrémités 9, 10 du support 7. Chaque support 7 est par ailleurs pourvu d'une fente 12 pratiquée selon un plan axial (c'est-à-dire un plan contenant l'axe X principal du support 7 - ce plan est perpendiculaire au plan de coupe de la FIG.2) et propre à accueillir une tête 3 d'amarrage de l'éprouvette 2. La fente 20 12 présente une largeur (mesurée perpendiculairement à son plan principal d'extension) inférieure à ses autres dimensions : hauteur (mesurée selon l'axe X principal) et profondeur (qui correspond au diamètre du corps 7). La fente 12 est débouchante d'une part à l'extrémité 9 proximale et d'autre part radialement de part et d'autre du 25 corps 8, qu'elle sépare ainsi (partiellement) en deux. Chaque support 7 est en outre pourvu d'une paire de fenêtres 13 traversantes pratiquées transversalement dans le corps 8 au voisinage de l'extrémité 9 proximale. Chaque fenêtre 13 débouche radialement, d'une part sur une face cylindrique externe du corps 8, et d'autre part 30 sur la fente 12. Selon un mode de réalisation illustré sur la FIG.1, chaque fenêtre 13 est à section rectangulaire. Chaque support 7 se présente avantageusement sous forme d'une pièce métallique (de préférence en acier) monobloc. Un premier support 7, visible en partie haute sur les FIG.1 et 35 FIG.2, est destiné à être fixé sur une cellule 14 de force équipant un banc d'essai au sein duquel l'essai de traction est destiné à être conduit. 5 Un deuxième support 7, visible en partie basse sur les FIG.1 et FIG.2, est destiné à être fixé, de manière coaxiale au premier support 7, sur un vérin 15. A cet effet, et comme cela est illustré sur les FIG.1 et FIG.2, 5 chaque support 7 comprend, à son extrémité 10 distale, un perçage 16 taraudé avec lequel une vis 17 de fixation (à la cellule de force ou, respectivement, au vérin) est destinée à venir en prise hélicoïdale. Par ailleurs, comme illustré sur la FIG.1, chaque support 7 est pourvu, au voisinage de son extrémité 10 distale, de méplats 18 aptes à 10 coopérer avec une clé de serrage du support 7 sur la cellule 14 de force ou, respectivement, sur le vérin 15. Dans l'exemple illustré, les méplats 18 sont au nombre de quatre. Le dispositif 1 comprend, en deuxième lieu, et pour chaque support 7, une paire de mors 19 montés chacun coulissant transversalement 15 dans une fenêtre 13. Chaque mors 19, dont un exemplaire est bien visible dans le médaillon de détail de la FIG.1, présente une face 20 interne d'appui, une face 21 externe tronconique, une face 22 proximale et une face 23 distale, ainsi qu'une échancrure 24 transversale. 20 Comme on le voit sur la FIG.1, la face 21 externe tronconique va en s'évasant depuis la face 23 distale jusqu'à la face 22 proximale. Dans l'exemple illustré, chaque mors 19 présente, en section, un contour rectangulaire complémentaire d'une fenêtre 13. Un jeu de fonctionnement est prévu entre le mors 19 et la fenêtre 13 de manière à 25 permettre le coulissement du mors 19 dans celle-ci. Afin, cependant, d'éviter les défauts de positionnement, ce jeu doit être minimal. Pour favoriser le glissement du mors 19 par rapport à sa fenêtre 13, il est préférable que la face 22 proximale et la face 23 distale présentent toutes deux un état de surface lisse (c'est-à-dire dont la rugosité soit 30 aussi faible que possible). A cet effet, il est envisageable de réaliser un polissage des faces 22, 23. Selon un mode de réalisation préféré, bien visible dans le médaillon de détail de la FIG.1, la face 20 interne de chaque mors 19 est pourvue de striures 25, dont la fonction apparaîtra ci-après. 35 Comme on le voit bien dans le médaillon de détail de la FIG.1, l'échancrure 24 transversale débouche sur la face 20 interne, sur la 6 face 21 externe et sur la face 22 proximale. L'échancrure 24 est avantageusement à section carrée. Le dispositif 1 comprend, en troisième lieu, et pour chaque support 7, une goupille 26 montée conjointement dans les échancrures 24 des 5 mors 19 d'une même paire (eux-mêmes montés chacun dans une fenêtre 13), au travers d'un trou 6 dans la tête 3 de l'éprouvette 2. Cette goupille 26 présente un diamètre tel qu'elle peut coulisser avec un faible jeu par rapport à chaque échancrure 24, le trou 6 de l'éprouvette 2 ayant lui-même un diamètre tel que l'éprouvette 2 puisse 10 coulisser par rapport à lui avec un faible jeu. A titre d'exemple, dans le cas d'une goupille 26 d'un diamètre externe de 7 mm, sa tolérance de fabrication est comprise entre -0,1mm et -0,05 mm, tandis que la largeur de l'échancrure 24 est également de 7 mm avec une tolérance de fabrication comprise entre +0,05mm et 15 +0,1mm. Quant à l'ajustement de la goupille 26 par rapport au trou 6, on prévoira avantageusement des tolérances de fabrication de type H7h6 (montage ajusté, envisageable à la main), ou encore H6js5 ou H7m6 (montage très ajusté et, respectivement, montage peu serré, 20 nécessitant tous deux le recours au maillet ou à la presse mais permettant un démontage non détériorant). Le dispositif 1 comprend, en troisième lieu, et pour chaque support 7, un écrou 27 destiné à assurer le serrage d'une tête 3 de l'éprouvette 2 entre les mors 19, par déplacement radial conjoint de ceux-ci en 25 direction de l'axe X principal du support 7. Chaque écrou 27 présente une jupe 28 cylindrique qui s'étend depuis une extrémité 29 proximale jusqu'à une extrémité 30 distale. L'écrou 27 est pourvu d'un alésage 31 interne taraudé, en prise hélicoïdale avec la portion 11 filetée du corps 8 du support 7. L'écrou 30 27 est en outre pourvu, au voisinage de son extrémité 29 proximale, d'une portée 32 tronconique apte à venir, par rotation de l'écrou 26 sur le corps 7 (et plus précisément sur la portion 11 filetée), coopérer avec les faces 21 externes des mors 19 pour les rapprocher l'un de l'autre en enserrant la tête 3 de l'éprouvette 2. 35 Selon un mode préféré de réalisation, la portée 21 tronconique de chaque écrou 19 présente un angle au sommet de 60° environ. Dans ce cas, de manière correspondante, le cône sur lequel s'appuie la face 21 7 externe de chaque mors 19 présente également un angle au sommet de 60° environ. D'une manière générale, l'angle au sommet de la portée 32 tronconique et l'angle au sommet du cône sur lequel s'appuie la face 21 externe de chaque mors 19 sont égaux ou sensiblement égaux, de sorte 5 à maximiser la superficie des faces en contact (et donc assurer une bonne répartition des efforts). Comme on le voit sur la FIG.1, chaque écrou 27 est avantageusement pourvu, au voisinage de son extrémité 30 distale, de méplats 33 aptes à coopérer avec une clé de serrage de l'écrou sur le 10 support 7. Pour réaliser un essai de traction sur l'éprouvette 2, on procède comme suit. On commence par une phase de montage du dispositif 1 et de l'éprouvette 2 au sein de celui-ci. 15 Une première opération consiste à fixer les supports 7 respectivement sur la cellule 14 de force (en haut sur les FIG.1 et FIG.2) et sur le vérin 15, de manière coaxiale et en positionnant leurs fentes 12 de manière coplanaire. Dans l'exemple illustré, cette fixation est réalisée au moyen des 20 vis 17. Les têtes de celles-ci sont avantageusement noyées (en étant fixes en rotation) dans la cellule 14 de force et, respectivement, dans le vérin 15. Le serrage de chaque support 7 est effectué au moyen d'une clé coopérant avec les méplats 18. Une fois le serrage réalisé, il est envisageable de régler la position angulaire de l'un des supports 7 (par 25 ex. par exemple, dans le cas du support 7 fixé sur le vérin 15, par rotation de celui-ci) pour l'amener dans la même orientation que l'autre support 7, de sorte que leurs fentes 12 soient coplanaires. On visse ensuite un écrou 17 sur chaque support 7, en orientant son extrémité 29 proximale (et donc sa portée 32 tronconique) vers 30 l'extrémité 9 proximale du support 7. Chaque écrou 17 est vissé en direction de l'extrémité distale du support 7 jusqu'à une position inactive (FIG.1) dans laquelle il est écarté de l'extrémité 9 proximale du support 7 pour laisser un accès complet aux fenêtres 13. En variante, chaque écrou 17 est vissé sur son support 7 avant que la fixation de 35 celui-ci ne soit réalisée. On positionne ensuite les têtes 3 de l'éprouvette 2 dans les fentes 12. Puis : 8 on règle, le cas échéant, la position axiale des supports 7 pour amener les trous 6 en regard des fenêtres 13, on insère les mors 19 transversalement dans les fenêtres 13 (avec leurs faces 22 proximales tournées vers l'extrémité 9 proximale du 5 support 7, c'est-à-dire que leurs faces 21 externes sont tournées à l'opposé de l'extrémité 9 proximale du support 7), on insère chaque goupille 26 transversalement dans les échancrures 24 d'une même paire de mors 19, au travers du trou 6 pratiqué dans la tête 3 de l'éprouvette 2. Si un ajustement axial de 10 la position de l'un des supports 19 est nécessaire, il est possible de l'effectuer, par ex. par déplacement du vérin 15. L'opération suivante consiste à visser chaque écrou 27 en direction de l'extrémité 9 proximale du support 7 (comme indiqué par la flèche verticale sur la FIG.3) jusqu'à amener (comme indiqué par les 15 flèches horizontales sur la FIG.3) les mors 19 dans une position de serrage dans laquelle ils enserrent l'éprouvette 2 entre leurs faces 20 internes respectives. Grâce à ses striures 25, la face 20 interne maximise l'effort de serrage de l'éprouvette 2, au bénéfice d'une bonne tenue de celle-ci. 20 Cette phase de montage (réversible) achevée, peut débuter une phase de mesure, dans laquelle le vérin 15 est écarté de la cellule 14 de force d'une distance et/ou à une vitesse prédéterminées. Le cas échéant, une instrumentation intégrée à la cellule 14 de force permet de réaliser les mesures (par ex. une courbe de 25 déformation - c'est-à-dire, dans le cas présent, l'allongement - de l'éprouvette 2 en fonction de la charge qui lui est appliquée, c'est-à-dire du rapport entre l'effort appliqué et l'aire de la section de la partie 4 centrale calibrée de l'éprouvette 2). L'allongement peut être mesuré au moyen d'une jauge de 30 déformation collée sur la partie 4 centrale de l'éprouvette 2. Le dispositif 1 qui vient d'être décrit procure les avantages suivants. Chaque goupille 26 permet d'assurer un bon positionnement de l'éprouvette 2 par rapport aux mors 19 ; en outre, chaque goupille 26 35 participe à la reprise des efforts de cisaillement lors de la mise en traction de l'éprouvette 2. 9 Les mors 19, qui sont sollicités symétriquement par la portée tronconique de l'écrou 27, assurent un serrage symétrique de l'éprouvette 2, au bénéfice de la précision de son positionnement (et donc des mesures). 5 En minimisant la surface de contact des mors 19 sur les têtes 3 de l'éprouvette 2, les striures 25 limitent le phénomène de frettage entre les mors 19 et l'éprouvette 2, généralement propice aux départs de fissure. On notera que, grâce au positionnement des écrous 27 entre les 10 mors 19 et l'extrémité 10 distale de chaque support 7, l'encombrement axial du montage se limite à la somme des longueurs des supports 7 augmentée de l'écartement entre leurs extrémités 9 proximales (en d'autres termes, la présence, indispensable, des écrous 27, n'a pas d'effet sur l'encombrement REVENDICATIONS1. Dispositif (1) de fixation d'une éprouvette (2) normalisée plate pour réaliser sur celle-ci un essai de traction, caractérisé en ce qu'il 5 comprend : une paire de supports (7) comprenant chacun : o un corps (8) cylindrique d'extension axiale, pourvu d'une portion (11) filetée et d'une fente (12) pratiquée selon un plan axial et propre à accueillir une tête (3) de l'éprouvette (2), 10 cette fente (12) débouchant à une extrémité (9) proximale du corps (7), et o une paire de fenêtres (13) traversantes pratiquées transversalement dans le corps (8) au voisinage de l'extrémité (9) proximale ; 15 - pour chaque support (7), une paire de mors (19) montés chacun coulissant transversalement dans une fenêtre (13), chaque mors (19) ayant une face (20) interne d'appui, une face (21) externe tronconique et une échancrure (24) transversale ; pour chaque support (7), une goupille (26) montée conjointement 20 dans les échancrures (24) des mors (19) d'une même paire, au travers d'un trou (6) pratiqué transversalement dans la tête (3) de l'éprouvette (2) ; pour chaque support (7), un écrou (27) pourvu d'un alésage (1) interne taraudé en prise hélicoïdale avec la portion (11) filetée du 25 corps (8), cet écrou (27) étant pourvu, au voisinage d'une extrémité (29) proximale, d'une portée (32) tronconique apte à venir, par rotation de l'écrou (27) sur le corps (8), coopérer avec les faces (21) externes des mors (19) pour les rapprocher l'un de l'autre en enserrant la tête (3) de l'éprouvette (2). 30 2. Dispositif (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la face (20) interne de chaque mors (19) est pourvue de striures (25). 3. Dispositif (1) selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'échancrure (24) pratiquée dans chaque mors (19) est à section carrée. 35 4. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque fenêtre (13) est à section rectangulaire. 11 5. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la portée (32) tronconique de chaque écrou (27) présente un angle au sommet de 60° environ. 6. Dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque support (7) présente, à une extrémité (10) distale, un perçage (16) taraudé pour la fixation par vissage sur une cellule (14) de force ou, respectivement, sur un vérin (15). 7. Dispositif (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque support (7) est pourvu, au voisinage de son extrémité (10) distale, de méplats (18) aptes à coopérer avec une clé de serrage du support (7) sur la cellule (14) de force ou, respectivement, sur le vérin (15). 8. Procédé d'essai de traction sur une éprouvette (2) normalisée plate au moyen d'un dispositif (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant a: fixer les supports (7) respectivement sur une cellule (14) de force et sur un vérin (15), de manière coaxiale et en positionnant leurs fentes (12) de manière coplanaire ; - positionner les têtes (3) de l'éprouvette (2) dans les fentes (12) ; chaque écrou (27) maintenu dans une position inactive dans laquelle il est écarté de l'extrémité (9) proximale du support (7), insérer les mors (19) transversalement dans les fenêtres (13) et chaque goupille (26) transversalement dans les échancrures (24) d'une même paire de mors (19) au travers du trou (6) pratiqué dans la tête (3) de l'éprouvette (2) ; visser chaque écrou (27) jusqu'à amener les mors (19) dans une position de serrage dans laquelle ils enserrent l'éprouvette (2) entre leurs faces (20) d'appui respectives ; - écarter le vérin (15) de la cellule (14) de force d'une distance et/ou à une vitesse prédéterminées. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la face (21) externe de chaque mors (19) est tournée à l'opposé de l'extrémité (9) proximale du support (7), et en ce que la portée (32) tronconique de l'écrou (27) est tournée vers celle-ci.