Brevet FR3129479A1 — publié le 20230526

L’invention concerne un dispositif (2) d’essai de la résistance d’une structure (4) à partir de l’application contre cette structure (4) d’une force unique et brève engendrée par un poids (17) en mouvement pendulaire, le dispositif (2) d’essai comprenant un bâti (8), des moyens (10) de fixation et de maintien en position de la structure (4), et un pendule (12) monté sur le bâti (8) et comportant à son extrémité libre un marteau (17) muni d’une tête à frapper (19) orientée vers la structure (4), les moyens (10) de fixation et de maintien en position de la structure (4) comportant un cadre de fixation (14), ledit cadre de fixation (14) comprenant une première partie fixée sur le bâti (8) et une deuxième partie configurée pour plaquer et maintenir la structure (4) contre la première partie. Fig. 1 DISPOSITIF D’ESSAI DE RESISTANCE D’UN ELEMENT ALLONGE POUR ECHANGEUR DE CHALEUR, PAR APPLICATION D’UNE FORCE ENGENDREE PAR UN POIDS EN MOUVEMENT PENDULAIRE L'invention est du domaine des procédures de recherche des propriétés des matériaux solides par application d'une contrainte mécanique exercée à partir d'une force unique et brève engendrée par un poids en mouvement pendulaire. L’invention se rapporte en particulier à un dispositif d’essai de la résistance d’une structure à partir de l’application contre cette structure d’une force unique et brève engendrée par un poids en mouvement pendulaire. Le dispositif d’essai est typiquement adapté pour la réalisation d’un test ou essai appelé « test Charpy ». La structure dont la résistance est éprouvée par le dispositif est typiquement un élément allongé, tel que conformé en tube, en plaque ou analogue, que comprend un échangeur de chaleur, tel qu'un radiateur, un condenseur ou un refroidisseur d'air de suralimentation pour véhicule automobile notamment. L’invention se rapporte également à une utilisation d’un tel dispositif d’essai de la résistance d’une structure, lorsque la structure est un échangeur de chaleur muni d’un faisceau d’éléments allongés. L’utilisation du dispositif d’essai sert notamment à tester la résistance de l’échangeur de chaleur à un impact de gravillon. Les échangeurs de chaleur comprennent dans leur généralité une ossature porteuse d'une pluralité d'éléments allongés, tels que conformés en tube, en plaque ou autre conformation analogue. Ces échangeurs de chaleur, tels qu'un radiateur, un condenseur ou un refroidisseur d'air de suralimentation par exemple, sont couramment exploités dans le domaine automobile pour équiper un véhicule d'un dispositif de chauffage, de ventilation et/ou de climatisation de l'air à l'intérieur de l'habitacle du véhicule. Les éléments allongés que comprennent les échangeurs de chaleur sont notamment conformés pour procurer une surface d'échange thermique optimisée avec l'air ambiant et/ou pour véhiculer un fluide caloporteur. Selon une définition générale de la conformation de l'élément allongé, celui-ci comporte une première dimension longitudinale d'extension générale qui est significativement plus importante qu'au moins une deuxième dimension d'extension de l'élément. Cette deuxième dimension est orientée transversalement, et plus particulièrement orthogonalement, à ladite première dimension de sorte que l'élément présente une conformation générale qui s'étend principalement suivant la première dimension. Un problème posé réside dans la possibilité de réaliser des essais de résistance de tels éléments allongés que comprennent les échangeurs de chaleur, en particulier pour tester la résistance de ces éléments allongés à un impact de gravillon. En effet, avec l'arrivée des véhicules électriques munis de batteries électriques de traction, il est important de garantir la résistance des échangeurs de chaleur situés en face avant du véhicule. Or, si un radiateur basse température ou un évapo-condenseur est mis hors service par un gravillon, le système de refroidissement des batteries et de l'électronique ne fonctionne plus et le véhicule est alors immobilisé. Une méthode d’essai traditionnelle consiste à projeter des gravillons contre l'échangeur de chaleur, et à évaluer sa résistance en fonction des impacts relevés en conséquence de telles projections sur les éléments allongés qu'il comprend. Une telle méthode est complexe à mettre en œuvre et induit des défauts de précision et de fiabilité des résultats obtenus, en raison du caractère peu rigoureux et aléatoire de sa mise en œuvre. Une autre méthode d’essai est décrite dans le document brevet FR 2 964 740 A1. La méthode d’essai décrite dans ce document met en œuvre un dispositif d’essai qui comprend une enclume de réception de l’échangeur de chaleur. L’enclume est surplombée par un guide recevant en coulissement un marteau suivant une direction de frappe correspondante à la gravité, le marteau étant destiné à rentrer en contact avec l’échangeur après un mouvement de chute libre (guidé par le guide). Le marteau comprend une masse et une tête à frapper orientée vers l'enclume qui est conformée en lame. La tête à frapper est indifféremment intégrée au marteau ou montée sur un socle installé sur la structure au cours de la mise en œuvre du dispositif. Le socle est muni d'un piètement compressible et/ou d'une fente de guidage de la tête à frapper agencée en lame. Toutefois, un inconvénient d’un tel dispositif est qu’il ne permet pas de garantir que le marteau vienne taper l’échangeur toujours au même endroit sur ce dernier, indépendamment de l’essai réalisé. Or, selon l'endroit où l'on tape sur l'échangeur avec le marteau, le résultat de la résistivité des tubes que comprend l’échangeur n'est pas du tout la même. Ceci nuit à la répétabilité des résultats. Le but de l’invention est de pallier les inconvénients de l’art antérieur en proposant un dispositif d’essai de la résistance d’une structure, qui permette d’obtenir une répétabilité des résultats, tout en étant simple et aisé à mettre en œuvre et en procurant des résultats d'essai qui soient pertinents, fiables et aisés à analyser. Une telle simplicité et aisance de mise en œuvre ne doivent pas affecter la pertinence et la fiabilité des résultats d'essais essentiellement requises. Plus spécifiquement, un des buts de la présente invention est de proposer un tel dispositif d'essai organisé pour permettre de réaliser l'essai de résistance (en particulier l’essai de résistance à un impact de gravillon) d'un échangeur de chaleur formé à partir d'une pluralité d'éléments allongés, tel qu'un radiateur, un condenseur ou un refroidisseur d'air de suralimentation pour véhicule automobile notamment. Pour ce faire, l’invention se rapporte ainsi, dans son acceptation la plus large, à un dispositif d’essai de la résistance d’une structure à partir de l’application contre cette structure d’une force unique et brève engendrée par un poids en mouvement pendulaire, le dispositif d’essai comprenant un bâti, des moyens de fixation et de maintien en position de la structure, et un pendule monté sur le bâti et comportant à son extrémité libre un marteau muni d’une tête à frapper orientée vers la structure, les moyens de fixation et de maintien en position de la structure comportant un cadre de fixation, ledit cadre de fixation comprenant une première partie fixée sur le bâti et une deuxième partie configurée pour plaquer et maintenir la structure contre la première partie de telle sorte que la structure est encastrée entre les première et deuxième parties du cadre de fixation. Grâce à la présence dans le dispositif d’un cadre de fixation de la structure, cette dernière est encastrée entre les première et deuxième parties du cadre de fixation. Ainsi, même si le cadre de fixation est déporté sur la structure, l’encastrement est toujours présent, ce qui garantit une répétabilité des résultats. Lorsque la structure testée est un échangeur de chaleur, le marteau du pendule vient taper un des tubes de l’échangeur toujours au même endroit, et ce quel que soit le laboratoire qui fait l'essai. Cela permet d’obtenir des résultats d’essai pertinents, fiables et répétables. En outre, la mise en place d’un tel dispositif d’essai est aisée, peu chère et rapide. De préférence, le cadre de fixation est en métal. Selon une caractéristique technique particulière de l’invention, le cadre de fixation présente une largeur sensiblement égale à 300 mm et une hauteur sensiblement égale à 300 mm. Avantageusement, le cadre de fixation entoure et définit au niveau de son centre une zone centrale formant une cible pour le marteau du pendule. Une telle cible permet à l’opérateur manipulant le dispositif de pouvoir viser avec précision le centre du cadre de fixation, afin que la tête du marteau vienne taper toujours au même endroit sur la structure. Les structures ainsi testées sont ainsi tapées toujours au même endroit : l’essai est répétable. Les dimensions du cadre de fixation et de la cible peuvent toutefois être variables, en fonction de la taille de la structure testée (il existe notamment différents types d’échangeurs de chaleur pour véhicules, de dimensions variables). Selon une caractéristique technique particulière de l’invention, la zone centrale formant cible présente une largeur sensiblement égale à 10 mm et une hauteur sensiblement égale à 10 mm. De préférence, les moyens de fixation et de maintien en position de la structure comportent en outre au moins une vis de fixation et de maintien en position de la structure, ladite au moins une vis s’étendant à travers le cadre de fixation. Avantageusement, le dispositif comporte en outre des moyens de réglage d’une position longitudinale du cadre de fixation, lesdits moyens de réglage étant configurés pour déplacer le cadre de fixation selon une direction longitudinale sensiblement perpendiculaire au plan général défini par le cadre de fixation. Ceci permet de garantir que la surface de la structure heurtée par le marteau soit toujours à la même position vis-à-vis du bâti, et donc que le marteau tape toujours au même endroit sur la structure, quelle que soit l’épaisseur de cette dernière. Avantageusement, le pendule comporte en outre, à son autre extrémité, un vernier réglable muni d’une butée de blocage. Ceci permet à l’opérateur manipulant le dispositif de pouvoir régler avec précision l’angle d’attaque du pendule (et de connaitre ainsi la hauteur du pendule au départ), afin de déterminer l’énergie en Joule que va subir la structure. La précision et la fiabilité des essais sont ainsi améliorées. La butée de blocage permet de bloquer le pendule dans sa position de départ qui est réglée par un opérateur, et de faciliter ainsi la mise en œuvre de l’essai. L’invention se rapporte également à une utilisation d’un dispositif d’essai de la résistance d’une structure tel que décrit ci-dessus, ladite structure étant un échangeur de chaleur muni d’un faisceau d’éléments allongés, un des éléments allongés étant destiné à être frappé par le marteau du dispositif d’essai. Les éléments allongés sont typiquement des tubes. De préférence, les moyens de fixation et de maintien en position de l’échangeur de chaleur comportent au moins une vis de fixation et de maintien en position de l’échangeur de chaleur, ladite au moins une vis s’étendant à travers le cadre de fixation et traversant le faisceau d’éléments allongés. On décrira ci-après, à titre d’exemples non limitatifs, des formes d’exécution de la présente invention, en référence aux figures annexées sur lesquelles : est une vue schématique, de côté, d’un dispositif d’essai de la résistance d’une structure selon un mode de réalisation de l’invention, le dispositif d’essai comprenant un pendule muni d’un marteau, ainsi qu’un cadre de fixation de la structure ; est une vue de côté du cadre de fixation et du marteau de la , est une vue de face du cadre de fixation de la , est une vue agrandie montrant un détail de réalisation du pendule de la , et montrant plus précisément un vernier réglable sur ce pendule, et est une vue de face du vernier de la . Dans cette demande, le terme « vertical » désigne une orientation perpendiculaire à l’horizon tandis que le terme « horizontal » ou « transversal » désigne une orientation parallèle à l’horizon. En outre, la « direction longitudinale » est considérée comme la direction selon laquelle l’épaisseur du cadre de fixation est mesurée, l’épaisseur correspondant à la plus petite dimension du cadre de fixation. La hauteur et la largeur du cadre de fixation sont des dimensions orthogonales à l’épaisseur, et sont donc mesurées dans un plan perpendiculaire à la direction longitudinale. La hauteur correspond à une dimension verticale du cadre de fixation, tandis que la largeur correspond à une dimension horizontale ou transversale. La représente un dispositif 2 d’essai de la résistance d’une structure 4. Le dispositif d’essai 2 est configuré pour permettre d’analyser la résistance de la structure 4, par application d’une contrainte mécanique exercée à partir d’une force unique et brève engendrée par un poids en mouvement pendulaire. Le dispositif d’essai 2 est ainsi typiquement adapté pour la réalisation d’un test ou essai appelé « test Charpy ». La structure 4 est préférentiellement, mais non limitativement, un échangeur de chaleur, typiquement un radiateur (par exemple un radiateur basse température), un condenseur ou évapo-condenseur ou encore un refroidisseur d'air de suralimentation pour véhicule automobile notamment. Un tel échangeur de chaleur 4 est muni d’un faisceau 6 d’éléments allongés (de tels éléments allongés n’étant pas représentés sur les figures pour des raisons de clarté). De tels éléments allongés sont notamment des plaques ou analogues procurant une surface conséquente d’échange de chaleur, ou encore des éléments tubulaires destinés à véhiculer un fluide. Le faisceau 6 d’éléments allongés est par exemple disposé à l’intérieur d’une enveloppe dénommée calandre (cette dernière n’étant pas représentée sur les figures pour des raisons de clarté). Le dispositif d’essai 2 sert alors à tester la résistance de l’échangeur de chaleur 4 à un impact de gravillon. Le dispositif d’essai 2 comprend un bâti 8, des moyens appropriés 10 de fixation et de maintien en position de la structure 4, et un pendule 12 (aussi appelé « pendule de Charpy ») monté sur le bâti 8. Les moyens 10 de fixation et de maintien en position de la structure 4 comportent un cadre de fixation 14 et au moins une vis 16 de fixation et de maintien en position de la structure 4. Dans l’exemple de réalisation particulier illustré sur la , les moyens 10 de fixation et de maintien en position de la structure 4 comportent huit vis 16 réparties à intervalles réguliers sur un pourtour central du cadre de fixation 14. Les huit vis 16 s’étendent à travers le cadre de fixation 14, et s’étendent notamment depuis une deuxième partie 26 du cadre de fixation 14 vers une première partie 24 de ce cadre 14 (de telles première et deuxième parties 24, 26 seront décrites par la suite). Le pendule 12 comporte à son extrémité libre un marteau 17 muni d’une tête à frapper 19. La tête à frapper 19, qui peut prendre la forme d’une lame (de dimensions correspondantes à celles d’un élément allongé de la structure 4 subissant le heurt), est orientée vers la structure 4 lorsque cette dernière est maintenue en position et fixée dans le cadre de fixation 14. De préférence, le dispositif d’essai 2 comporte également des moyens 18 de réglage d’une position longitudinale du cadre de fixation 14, le long de la direction longitudinale D1. Le bâti 8 comporte un support horizontal 20, un bras vertical 21 monté sur le support horizontal 20, et un bras horizontal 22 relié au bras vertical 21 et portant à son extrémité libre le pendule 12. Plus précisément, le pendule 12 est monté via une liaison pivot ou charnière sur l’extrémité libre du bras horizontal 22. Si on néglige son épaisseur, le cadre de fixation 14 s’étend sensiblement dans un plan général P1 perpendiculaire à la direction longitudinale D1. Le cadre de fixation 14 définit, dans ce plan général P1, une forme rectangulaire, de préférence un carré. De préférence, le cadre de fixation 14 présente une largeur sensiblement égale à 300 mm et une hauteur sensiblement égale à 300 mm, même si d’autres valeurs peuvent bien évidemment être choisies pour la largeur et la hauteur. Comme illustré sur la , le cadre de fixation 14 comporte une première partie 24 fixée sur le bâti 8, et une deuxième partie 26 configurée pour plaquer et maintenir la structure 4 contre la première partie 24. De la sorte, le structure 4 est encastrée entre les première et deuxième parties 24, 26 du cadre de fixation 14, et ne bouge pas lors de l’essai. Le cadre de fixation 14 est préférentiellement en métal. La deuxième partie 26 du cadre de fixation 14 est par exemple montée rabattable vers la première partie 24. De préférence, comme visible sur la , le cadre de fixation 14 entoure et définit au niveau de son centre une zone centrale 28 formant une cible pour le marteau 17 du pendule 12. Une telle cible 28 permet à l’opérateur manipulant le dispositif d’essai 2 de pouvoir viser avec précision le centre du cadre de fixation 14, afin que la tête 19 du marteau 17 vienne taper toujours au même endroit sur la structure 4. De préférence, la zone centrale formant cible 28 présente une largeur sensiblement égale à 10 mm et une hauteur sensiblement égale à 10 mm, même si d’autres valeurs peuvent bien évidemment être choisies pour la largeur et la hauteur. Bien évidemment, les dimensions du cadre de fixation 14 et de la cible 28 peuvent être adaptées en fonction de la taille de la structure 4 testée (en particulier, lorsque la structure 4 testée est un échangeur de chaleur, il peut arriver que l’échangeur de chaleur soit un radiateur très basse température, dont le faisceau 6 est très petit). Comme illustré sur les figures 1, 4 et 5, le pendule 12 comporte, à son extrémité opposée à son extrémité libre, un vernier réglable 30 muni d’une butée de blocage 32. Ceci permet à l’opérateur manipulant le dispositif d’essai 2 de pouvoir régler avec précision l’angle d’attaque α1 du pendule 12 (et de connaitre ainsi la hauteur du pendule 12 au départ), afin de déterminer l’énergie en Joule que va subir la structure 4. La précision et la fiabilité des essais sont ainsi améliorées. La butée de blocage 32 permet de bloquer le pendule 12 dans sa position de départ qui est réglée par un opérateur, et de faciliter ainsi la mise en œuvre de l’essai. De préférence, le pendule 12 peut également comporter un ou plusieurs roulement(s) 34 monté(s) sur un axe 36 formant l’axe de la liaison pivot ou charnière agencée sur l’extrémité libre du bras horizontal 22. Le pendule 12 Le pendule 12 présente par exemple une longueur sensiblement égale à 1 m. La tête à frapper 19 du marteau 17 présente par exemple une masse sensiblement égale à 2 kg. Les moyens 18 de réglage d’une position longitudinale du cadre de fixation 14 sont configurés pour déplacer le cadre de fixation 14 selon la direction longitudinale D1. Les moyens 18 de réglage d’une position longitudinale du cadre de fixation 14 sont par exemple constitués d’un système de glissière graduée (non visible sur les figures pour des raisons de clarté). En fonctionnement, selon la procédure mise en œuvre du dispositif d’essai 2, la structure 4 à tester (que l’on suppose pour la suite être un échangeur de chaleur) est installée à l’intérieur du cadre de fixation 4 de sorte à être encastrée entre les première et deuxième parties 24, 26 de ce cadre 14. L’opérateur fixe alors le cadre de fixation 14 sur l’échangeur de chaleur 4, en vissant les vis 16 à travers le cadre de fixation 14 (plus spécifiquement à travers la première partie 24 du cadre de fixation 14) et à travers le faisceau 6 de l’échangeur 4. L’échangeur de chaleur 4, et plus particulièrement un des éléments allongés de l’échangeur de chaleur 4 se situant en regard de la cible 28, est destiné à subir un heurt appliqué par le marteau 17 suivant un mouvement pendulaire. L’opérateur règle ainsi l’angle d’attaque α1 du pendule 12, en fonction de l’énergie en Joule qu’il souhaite que subisse l’échangeur de chaleur 4. Dans l’exemple de réalisation particulier de la , l’angle d’attaque α1 est par exemple choisi pour être sensiblement égale à 60°. L’opérateur lâche alors le pendule 12 depuis sa position de départ représentée à la . La tête 19 du marteau 17 vient taper l’échangeur de chaleur 4 au milieu du cadre de fixation 14, au niveau de la cible 28, dans la position de heurt représentée à la . Les échangeurs ainsi testés sont par conséquent tapés toujours au même endroit par le marteau 17 : l’essai est fiable et répétable. Une telle utilisation du dispositif d’essai 2 sert notamment à tester la résistance de l’échangeur de chaleur 4 à un impact de gravillon. Dispositif (2) d’essai de la résistance d’une structure (4) à partir de l’application contre cette structure (4) d’une force unique et brève engendrée par un poids (17) en mouvement pendulaire, le dispositif (2) d’essai comprenant un bâti (8), des moyens (10) de fixation et de maintien en position de la structure (4), et un pendule (12) monté sur le bâti (8) et comportant à son extrémité libre un marteau (17) muni d’une tête à frapper (19) orientée vers la structure (4), caractérisé en ce que les moyens (10) de fixation et de maintien en position de la structure (4) comportent un cadre de fixation (14), ledit cadre de fixation (14) comprenant une première partie (24) fixée sur le bâti (8) et une deuxième partie (26) configurée pour plaquer et maintenir la structure (4) contre la première partie (24) de telle sorte que la structure est encastrée entre les première et deuxième parties du cadre de fixation. Dispositif (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cadre de fixation (14) est en métal. Dispositif (2) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le cadre de fixation (14) présente une largeur sensiblement égale à 300 mm et une hauteur sensiblement égale à 300 mm. Dispositif (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le cadre de fixation (14) entoure et définit au niveau de son centre une zone centrale (28) formant une cible pour le marteau (17) du pendule (12). Dispositif (2) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la zone centrale (28) formant cible présente une largeur sensiblement égale à 10 mm et une hauteur sensiblement égale à 10 mm. Dispositif (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens (10) de fixation et de maintien en position de la structure (4) comportent en outre au moins une vis (16) de fixation et de maintien en position de la structure (1), ladite au moins une vis (16) s’étendant à travers le cadre de fixation (14). Dispositif (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le dispositif (2) comporte en outre des moyens (18) de réglage d’une position longitudinale du cadre de fixation (14), lesdits moyens (18) de réglage étant configurés pour déplacer le cadre de fixation (14) selon une direction longitudinale (D1) sensiblement perpendiculaire au plan général (P1) défini par le cadre de fixation (14). Dispositif (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le pendule (12) comporte en outre, à son autre extrémité, un vernier réglable (30) muni d’une butée de blocage (32). Utilisation d’un dispositif (2) d’essai de la résistance d’une structure (4), caractérisé en ce que le dispositif (2) d’essai est conforme à l’une quelconque des revendications 1 à 8, ladite structure (4) étant un échangeur de chaleur muni d’un faisceau (6) d’éléments allongés, un des éléments allongés étant destiné à être frappé par le marteau (17) du dispositif (2) d’essai. Utilisation selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens (10) de fixation et de maintien en position de l’échangeur de chaleur (4) comportent au moins une vis (16) de fixation et de maintien en position de l’échangeur de chaleur (4), ladite au moins une vis (16) s’étendant à travers le cadre de fixation (14) et traversant le faisceau (6) d’éléments allongés.