Brevet FR3122497A1 — publié le 20221104

L’invention est relative à une machine de test (10) pour la réalisation de test d’usure de contact entre une éprouvette et un poinçon, comprenant: -un bâti, -une éprouvette disposée suivant un axe longitudinal (XX’), -une structure (40) mobile par rapport au bâti, portant: un poinçon décalé latéralement par rapport à l’axe (XX’) et apte à être en contact avec une première surface de contact latérale de l’éprouvette, un premier vérin (60) de déplacement du poinçon apte à déplacer le poinçon le long de et contre la première surface, suivant un mouvement axial alternatif d’aller et retour le long d’un axe parallèle à l’axe (XX’), un deuxième vérin (80) apte à appliquer, à une deuxième surface de contact latérale de l’éprouvette opposée à la première surface, un effort normal de charge d’usure de contact orienté suivant un axe (ZZ’) normal à l’axe (XX’), -un dispositif (100) de déplacement de la position axiale de la structure (40) le long de l’axe (ZZ’) en fonction de l’usure de contact entre le poinçon et l’éprouvette. Figure pour l’abrégé : Fig. 3 MACHINE DE TEST D’USURE DE CONTACT ENTRE UNE EPROUVETTE ET UN POINCON Le présent exposé concerne une machine de test d’usure de contact entre une éprouvette et un poinçon. Dans de nombreux secteurs de l’industrie incluant l’aéronautique on trouve des assemblages mécaniques de pièces dans lesquels des pièces mécaniques sont en contact l’une avec l’autre par des surfaces respectives en contact. La nature de l’interface de contact entre ces pièces est variable: il peut s’agir d’une interface de type bridé, glissant, fixe, sous charge… Lors du fonctionnement ou de la mise en situation de ces assemblages, les pièces en contact peuvent être soumises à diverses sollicitations telles que des vibrations et également subir des déformations relatives d’une pièce à l’autre, générant par là-même des déplacements entre les pièces en contact qui représentent de faibles déplacements au regard des dimensions des surfaces en contact. Le glissement entre les surfaces en contact peut être total ou partiel. Dans ce dernier cas le contact a lieu uniquement sur une zone périphérique des surfaces en contact. Le phénomène précité porte le nom d’usure de contact (connu sous le terme « fretting » en terminologie anglo-saxonne). Les faibles déplacements ainsi générés entre les pièces engendrent des usures de contact qui provoquent des fissures au niveau des surfaces en contact de ces pièces et donc une perte de matière. Lorsque les surfaces en contact sont également soumises à un chargement de fatigue, les fissures de surface peuvent progresser vers le centre d’une pièce et provoquer sa destruction. Au vu de ce qui précède il serait utile de concevoir une machine de test qui permette de tester le phénomène d’usure de contact entre deux pièces en contact en tenant compte d’au moins un paramètre lié aux conditions réelles de test tel que l’usure de l’une et/ou de l’autre pièce en contact. L’invention a ainsi pour objet une machine de test pour la réalisation de test d’usure de contact entre une éprouvette et un poinçon, comprenant: -un bâti, -une éprouvette disposée dans la machine suivant un axe longitudinal XX’, -une structure appelée structure portante, mobile par rapport au bâti et portant : un poinçon qui est décalé latéralement par rapport à l’axe longitudinal XX’ et qui est apte à être en contact avec l’éprouvette suivant une première surface de contact latérale de celle-ci, un premier vérin de déplacement du poinçon qui est apte à déplacer le poinçon le long de la première surface de contact latérale de l’éprouvette et contre celle-ci, suivant un mouvement axial alternatif d’aller et retour le long d’un axe parallèle à l’axe longitudinal XX’, un deuxième vérin qui est apte à appliquer, à une deuxième surface de contact latérale de l’éprouvette qui est disposée de manière opposée à la première surface de contact latérale, un effort normal de charge d’usure de contact qui est orienté suivant un axe ZZ’ normal à l’axe longitudinal XX’, -un dispositif de déplacement, lié au bâti, qui est apte à déplacer la position axiale de la structure portante le long de l’axe ZZ’ en fonction de l’usure de contact entre le poinçon et l’éprouvette. Dans cette machine la position axiale de la structure qui porte le poinçon et les vérins intervenant dans le test d’usure de contact est susceptible de varier en fonction de l’usure de contact entre le poinçon et l’éprouvette. Ainsi, en cas d’usure de l’éprouvette et/ou du poinçon en contact latéral avec l’éprouvette (frottement latéral), la position axiale de la structure portante et donc du poinçon est ajustée afin de maintenir le contact latéral poinçon-éprouvette souhaité pour le test. Le déplacement axial adapté de la structure portante permet également de prendre en compte d’éventuelles dilatations thermiques de composants ou d’organes portés par la structure et qui sont disposés le long de la ligne d’assemblage axial entre le dispositif de déplacement et le poinçon. Ainsi, si l’un des composants ou organes de cette ligne se dilate sous l’effet de la température, la position axiale de la structure portante est adaptée/ajustée en conséquence pour assurer le contact latéral souhaité entre poinçon et éprouvette lors du test. Selon d’autres caractéristiques possibles : -la machine comprend au moins un dispositif de mesure d’effort qui est disposé entre le dispositif de déplacement et la structure portante, le dispositif de déplacement étant apte à piloter le déplacement axial de la structure portante en fonction dudit au moins un dispositif de mesure d’effort ; l’effort mesuré est généralement axial (suivant l’axe ZZ’) ; le déplacement de la structure est généralement adapté à l’effort mesuré ou le déplacement peut être effectué/ajusté de manière à obtenir un effort prédéterminé pour le dispositif de mesure d’effort, par exemple un effort nul ; - la machine comprend, lié au bâti, un troisième vérin qui est apte à appliquer à l’éprouvette un effort suivant l’axe longitudinal XX’ ; - le troisième vérin est apte à appliquer à l’éprouvette (appelée ici éprouvette de fatigue) un effort de fatigue suivant un mouvement axial alternatif d’aller et retour le long de l’axe longitudinal XX’ ; ce troisième vérin intégré à la machine permet à celle-ci de réaliser un test d’usure de contact en appliquant simultanément un chargement de fatigue à l’éprouvette de fatigue ; la machine est conçue pour que le test d’usure de contact ne dépende pas du chargement de fatigue dans la mesure où les lignes d’assemblage respectives de fatigue et de test d’usure de contact sont indépendantes les unes des autres ; -le troisième vérin est un vérin hydraulique ; -le premier et le deuxième vérin sont des vérins hydrauliques ; l’utilisation de tels vérins apportent de la souplesse dans le pilotage de la machine ; -le dispositif de déplacement est un vérin électrique; -la structure portante porte un palier hydrostatique qui est disposé suivant l’axe ZZ’ de manière opposée au deuxième vérin par rapport à l’éprouvette; ceci permet de garantir une reprise d’effort normal appliqué par le deuxième vérin sans frottement; -la structure portante porte un dispositif à raideur variable qui est disposé entre le premier vérin et le poinçon pour contrôler la raideur de transmission lors de la transmission du mouvement axial de déplacement du premier vérin au poinçon ; -l’axe longitudinal XX’ est horizontal et l’axe ZZ’ est vertical, le poinçon étant disposé au-dessus de l’éprouvette, le dispositif de déplacement de la structure portante étant disposé au-dessus de celle-ci et au-dessus de l’éprouvette, le deuxième vérin étant disposé en-dessous de l’éprouvette; -la structure portante forme un étrier. L’invention s’applique également à l’utilisation de la machine de test brièvement exposée ci-dessus pour la réalisation d’un test d’usure de contact représentatif d’un contact aube-disque dans un turboréacteur. De manière générale, la machine de test peut également s’appliquer à la réalisation d’un test d’usure de contact représentatif d’un contact entre d’autres pieces d’un turboréacteur, voire d’un autre système. D'autres caractéristiques et avantages de l'objet du présent exposé ressortiront de la description suivante de modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux figures annexées. La est une vue générale schématique d’une machine de test selon un mode de réalisation de l’invention ; La représente une vue de la machine de la sans le capotage externe ; La est une vue schématique agrandie de la structure portante 40 illustrée à la et intégrant un vérin de déplacement et un vérin de chargement normal pour le test d’usure de contact (« fretting »); La est une vue schématique d’une partie de la machine intégrant un vérin de fatigue d’une ligne d’assemblage d’une éprouvette de fatigue ; La est une vue schématique agrandie de la ligne d’assemblage de l’éprouvette de fatigue de la ; La est une vue schématique agrandie en coupe axiale de la structure portante 40 illustrée à la ; La est une vue schématique agrandie d’une partie de la ligne de déplacement du test d’usure de contact de la structure portante de la ; La est une vue schématique agrandie en coupe transversale de la partie de la ligne de la ; La est une vue schématique agrandie d’une zone de la partie de la ; La est une vue schématique agrandie en coupe axiale de la partie inférieure de la structure portante de la ; La est une vue schématique agrandie en coupe axiale de la partie supérieure de la structure portante de la ; La illustre une mise en situation de la machine de test lors d’un test d’usure de contact sans chargement de fatigue ; La illustre une mise en situation de la machine de test lors d’un test d’usure de contact avec chargement de fatigue ; La illustre un exemple de boucle d’hystéresis obtenu lors d’un test d’usure de contact effectué par une machine de test selon un mode de réalisation de l’invention. Machine de test (10) pour la réalisation de test d’usure de contact entre une éprouvette et un poinçon, comprenant: -un bâti (12), -une éprouvette (E) disposée dans la machine suivant un axe longitudinal (XX’), -une structure appelée structure portante (40), mobile par rapport au bâti et portant: un poinçon (P) qui est décalé latéralement par rapport à l’axe longitudinal (XX’) et qui est apte à être en contact avec l’éprouvette (E) suivant une première surface de contact latérale (S1) de celle-ci, un premier vérin (60) de déplacement du poinçon (P) qui est apte à déplacer le poinçon le long de la première surface de contact latérale (S1) de l’éprouvette (E) et contre celle-ci, suivant un mouvement axial alternatif d’aller et retour le long d’un axe parallèle à l’axe longitudinal (XX’), un deuxième vérin (80) qui est apte à appliquer, à une deuxième surface de contact latérale (S2) de l’éprouvette (E) qui est disposée de manière opposée à la première surface de contact latérale (S1) , un effort normal de charge d’usure de contact qui est orienté suivant un axe (ZZ’) normal à l’axe longitudinal (XX’), -un dispositif (100) de déplacement, lié au bâti (12), qui est apte à déplacer la position axiale de la structure portante (40) le long de l’axe (ZZ’) en fonction de l’usure de contact entre le poinçon (P) et l’éprouvette (E). Machine de test selon la revendication 1, comprenant au moins un dispositif de mesure d’effort (102) qui est disposé entre le dispositif de déplacement (100) et la structure portante (40), le dispositif de déplacement étant apte à piloter le déplacement axial de la structure portante en fonction dudit au moins un dispositif de mesure d’effort. Machine de test selon la revendication 1 ou 2, comprenant, lié au bâti (12), un troisième vérin (120) qui est apte à appliquer à l’éprouvette (E) un effort suivant l’axe longitudinal (XX’). Machine de test selon la revendication 3, dans laquelle le troisième vérin (120) est apte à appliquer à l’éprouvette (E) un effort de fatigue suivant un mouvement axial alternatif d’aller et retour le long de l’axe longitudinal (XX’). Machine de test selon la revendication 3 ou 4, dans laquelle le troisième vérin (120) est un vérin hydraulique. Machine de test selon l’une des revendications 1 à 5, dans laquelle le premier (60) et le deuxième vérin (80) sont des vérins hydrauliques. Machine de test selon l’une des revendications 1 à 6, dans laquelle le dispositif de déplacement (100) est un vérin électrique. Machine de test selon l’une des revendications 1 à 7, dans laquelle la structure portante (40) porte un palier hydrostatique (170) qui est disposé suivant l’axe (ZZ’) de manière opposée au deuxième vérin (80) par rapport à l’éprouvette . Machine de test selon l’une des revendications 1 à 8, dans laquelle la structure portante (40) porte un dispositif à raideur variable (68) qui est disposé entre le premier vérin (60) et le poinçon (P) pour contrôler la raideur de transmission lors de la transmission du mouvement axial de déplacement du premier vérin au poinçon. Machine de test selon l’une des revendications 1 à 9, dans laquelle l’axe longitudinal (XX’) est horizontal et l’axe (ZZ’) est vertical, le poinçon (P) étant disposé au-dessus de l’éprouvette (E), le dispositif de déplacement (100) de la structure portante (40) étant disposé au-dessus de celle-ci et au-dessus de l’éprouvette, le deuxième vérin (80) étant disposé en-dessous de l’éprouvette. Machine de test selon l’une des revendications 1 à 10, dans laquelle la structure portante (40) forme un étrier. Utilisation de la machine de test selon l’une des revendications 1 à 11 pour la réalisation d’un test d’usure de contact représentatif d’un contact aube-disque dans un turboréacteur.