Brevet FR3130379A1 — publié le 20230616

BARRE D’HOPKINSON POUR MATERIAUX ABRADABLES Un aspect de l’invention concerne un ensemble comprenant un dispositif (200) à barre de pression comprenant : un impacteur (1), une barre incidente (2) comprenant un premier flasque (25) en vis-à-vis de l'impacteur, un premier tube (21) monté sur la barre incidente, un deuxième tube (22) monté sur la barre incidente, un deuxième flasque (26) fixé au premier tube ou au deuxième tube, une barre réceptrice (3) située en vis-à-vis de la barre incidente, l'ensemble comprend un échantillon (5) situé entre la barre incidente et la barre réceptrice, l'ensemble comprend : un four (4) en vis-à-vis de l'échantillon, un premier isolant (51a) situé entre la barre incidente et l'échantillon, un deuxième isolant (51b) situé entre l'échantillon et la barre réceptrice, les isolants présentent une conductivité thermique inférieur à la conductivité thermique des barres incidente (2) et réceptrice (3). Figure à publier avec l’abrégé : Figure 1 BARRE D’HOPKINSON POUR MATERIAUX ABRADABLES DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION Le domaine technique de l’invention est celui des bancs d’essais, en particulier d’un banc expérimental des barres dit de Hopkinson. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION Le banc expérimental des barres d’Hopkinson est fréquemment utilisé pour caractériser le comportement en compression dynamique d’éprouvettes. Classiquement, un banc expérimental des barres d’Hopkinson est composé principalement d’un impacteur, d’une barre incidente, d’une barre de transmission instrumentées à l’aide de jauges de déformation et d’un échantillon placé entre ces deux barres. Tous ces éléments sont coaxiaux les uns par rapport aux autres. L’impacteur frappe la barre incidente qui vient solliciter en compression l’échantillon compris entre la barre incidente et la barre réceptrice. Afin de contraindre l’échantillon dans des conditions de température différentes, divers technique de chauffage d’un échantillon sur un banc expérimental d’Hopkinson sont connues. Une première technique de chauffage de l’échantillon est celle de Kajberg et al. dans Material characterisation using high-temperature Split Hopkinson pressure bar, J. Mater. Process. Technol. 213 (2013) 522–531 utilisant une méthode de chauffe de l’échantillon par bobine à induction sans mettre en contact les barres (réceptrices et inductrices) en contact avec l’échantillon. Cette méthode permet une chauffe de l’échantillon sans chauffer le bout des barres. Une deuxième technique de chauffage de l’échantillon est celle de Seo et al. dans Constitutive equation for Ti-6Al-4V at high temperatures measured using the SHPB technique, Int. J. Impact Eng. 31 (2005) 735–754. Présentant une méthode de mise en température de l’échantillon par combinaison de lampes halogènes et de réflecteurs chauffant l’échantillon par phénomène de radiation. Néanmoins, lors de la mise en contact de l’échantillon avec les barres réceptrices et inductrices avant un essai, un gradient de température apparait au sein de l’échantillon par un phénomène de diffusion de chaleur. L’échantillon n’est donc plus à la température souhaitée quand celui-ci est monté sur le banc expérimental d’Hopkinson. Un autre problème que pose cette méthode expérimentale est de ne pas pouvoir faire d’analyses post-mortem d’un échantillon ayant un comportement fragile ou un échantillon abradable car l’intégrité de l’échantillon est fortement compromise suite à l’essai. La succession des compressions de l’échantillon ne permet pas de faire le lien entre le comportement de l’échantillon (déduit de la première compression) et les analyses post-mortem de l’échantillon. Plusieurs méthodes sont connues afin de solliciter l’échantillon suivant une contrainte en compression uni-axiale interrompue, c’est-à-dire une compression suivant une direction tel qu’il n’existe pas de réflexion d’ondes sur le banc expérimental, permettant ainsi de garantir l’intégrité de l’échantillon suite à l’essai. Par exemple, Nemat-Nasser et al. dans Hopkinson technique for dynamic recovery experiments, Proceedings of the royal society A, n°435, pp. 371-391, 1991 divulgue un banc expérimental des barres d’Hopkinson permettant des essais interrompus à travers le banc et utilisant une masse rigide, un tube incident ainsi qu’une barre incidente comprenant un flasque et tous coaxiaux les uns aux autres. Les diamètres intérieur et extérieur de ce tube sont principalement dirigés par une condition d’iso impédance mécanique requise entre tous les éléments constituants le banc expérimental. La masse rigide par l’intermédiaire du flasque permet d’atténuer les réflexions d’onde d’une onde incidente présente dans le tube incident afin d’avoir une compression interrompue dans le banc expérimental. L’inconvénient majeur de ce banc est la génération d’une nouvelle onde de traction à travers la barre incidente qui peut traduire un recouvrement d’ondes au niveau de la mesure de déformation. Afin de palier à ce problème Song et al. dans and quasi-static propagation of compaction waves in a low-density epoxy foam, Experimental Mechanics, n°46, pp. 127-136, 2006 a remplacé le tube incident de Nemat-Nasser et al. par une distance de préréglage correspondant à la distance « d » entre le flasque de la barre incidente et la masse rigide. Cette méthode permet l’interruption d’un essai sans générer une nouvelle onde dans la barre incidente. Néanmoins, cette méthode nécessite de réaliser des essais préliminaire afin de recalculer la distance « d » pour chaque essai à conditions de tir différentes. C’est donc une solution très chronophage par le nombre d’essais nécessaires à la détermination de cette distance « d » difficilement maîtrisable due aux frottements et aux effets non-linéaires. Pour contourner ce problème, Prot et Cloete dans A tandem momentum trap for dynamic specimen recovery during split Hopkinson pressure bar testing of cancellous bone, Journal of Dynamic Behavior of Materials, vol. 2, pp. 50-58, 2016 divulgue un banc expérimental des barres d’Hopkinson avec une configuration dite “tandem” consistant en l’utilisation d’une barre incidente avec un premier flasque et de deux tubes concentriques approximativement de même longueur. Pour que la propagation d’ondes s’établisse entre tous les éléments du banc, un deuxième flasque est fixé à l’extrémité d’un des tubes concentrique ayant le plus grand diamètre. Tous ces éléments sont coaxiaux entre eux et sont en contact avant essai. Néanmoins, ce banc d’essai ne permet pas d’avoir une iso-impédance mécanique entre les éléments du banc car les flasques sont dans un matériau différent de celui des barres. Ainsi, des réflexions d’ondes parasites apparaissent sur le banc d’essai et donc un chargement multiple non désiré sur l’échantillon testé s’effectue. Ce chargement multiple ne permet pas la récupération de l’échantillon pour une analyse post-mortem de l’échantillon car aucun lien ne peut être établi entre les endommagements potentiellement induits et le premier chargement de l’éprouvette. L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en permettant de mettre à une température souhaitée un échantillon lorsque celui-ci est monté sur un dispositif à barre de pression de Hopkinson entre une barre incidente et une barre réceptrice. Un premier aspect de l’invention concerne un ensemble comprenant un dispositif à barre de pression de Hopkinson comprenant : un impacteur générant une onde ou une impulsion, une barre incidente comprenant un premier flasque fixée sur une première extrémité de la barre incidente et en vis-à-vis de l'impacteur, un premier tube concentrique à la barre incidente et monté sur la barre incidente, un deuxième tube concentrique à la barre incidente et monté sur la barre incidente, un deuxième flasque fixé à une extrémité du premier tube ou à une extrémité du deuxième tube, une barre réceptrice coaxiale à la barre incidente et située en vis-à-vis d'une deuxième extrémité de la barre incidente, l'ensemble comprend, en outre un échantillon situé entre la deuxième extrémité de la barre incidente et la barre réceptrice, l'ensemble comprend : un four, un premier isolant situé entre la barre incidente et l'échantillon, et un deuxième isolant situé entre l'échantillon et la barre réceptrice, les isolants présentent une conductivité thermique inférieure à la conductivité thermique des barres incidente et réceptrice. Ainsi, les isolants permettent de garder la pièce à température sans qu’un gradient thermique ne vienne apparaitre au sein de l’échantillon par un phénomène de diffusion de chaleur au sein de la barre incidente et de la barre réceptrice. Avantageusement, l'échantillon est un matériau abradable. Ce type de dispositif à barre de pression de Hopkinson est particulièrement adapté à l’étude des matériaux abradables car il permet de faire une analyse post-mortem de l’échantillon et de mettre l’échantillon dans les mêmes conditions de température que dans un compresseur de turbomachine. Lors d’un essai, l’échantillon abradable atteint des vitesses de déformation équivalente à une interaction entre une aube et un matériau abradable dans une turbomachine. Le dispositif permet donc également de bien caractériser une interaction entre une aube et un matériau abradable dans une turbomachine. Avantageusement, la barre incidente et la barre réceptrice sont en aluminium. L’aluminium est un matériau possédant une grande conductivité thermique il est donc nécessaire d’isoler l’échantillon thermiquement à l’aide d’isolants. Par exemple, la barre incidente et la barre réceptrice sont en alliage d’aluminium Al 7075-T6 possédant une conductivité thermique de l’ordre de 130 watt par mètre-kelvin. Avantageusement, les isolants sont cylindriques, le premier isolant présente un diamètre égal au diamètre de la barre incidente, le deuxième isolant présente un diamètre égal au diamètre de la barre réceptrice. Avantageusement, la conductivité thermique des isolants est comprise entre 3 et 20 watt par mètre-kelvin. Ainsi la conductivité thermique des isolants est moindre que celle des barres inductrices et réceptrices. Avantageusement, l’impédance mécanique des isolants est comprise entre 6000 et 8000 newton-seconde par mètre. De préférence, l’impédance mécanique des isolants est comprise entre 6800 et 7000 newton-seconde par mètre. Avantageusement, l’impédance mécanique des barres incidentes et des barres réceptrices est comprise entre 3000 et 6000 newton-seconde par mètre. De préférence, l’impédance mécanique des barres incidentes et des barres réceptrices est comprise entre 4000 et 5000 newton-seconde par mètre. Avantageusement, l’ensemble comprend une pince en acier maintenant l’échantillon et les isolants. La pince maintient l’échantillon et les isolants et les introduit aussi dans le four. La pince est en acier 310S et supporte les températures élevées du four, par températures élevées, on entend des températures allant de 50°C à 900°C. Avantageusement : la barre incidente et le flasque incident, le premier tube, le deuxième tube et le deuxième flasque du deuxième tube, et la barre réceptrice, sont dans le même matériau. Ainsi, il existe une iso-impédance entre tous les éléments de l’ensemble afin de s’assurer d’un chargement unique (ou compression uni-axiale interrompue) de l’échantillon. L’iso-impédance entre tous les éléments permet une transmission intégrale des ondes entre tous les éléments. Avantageusement, le four est à une température comprise entre 50°C et 900°C. Ainsi, le four permet de mettre en température l’échantillon dans les mêmes conditions thermiques qu’un compresseur basse pression ou qu’un compresseur haute pression. Un deuxième aspect de l’invention concerne, un procédé de compression au moyen d’un ensemble ayant au moins une des caractéristiques précédentes, le procédé comprend : une première étape d'insertion de l'échantillon et des isolants dans le four, une deuxième étape de chauffage de l'échantillon, une troisième étape de positionnement de l'échantillon et des isolants entre la deuxième extrémité de la barre incidente et la barre réceptrice, une quatrième étape de génération d'une onde ou d'une impulsion par l'impacteur sur le flasque incident. L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention. est une vue schématique de face d’un ensemble selon l’invention. est une vue agrandie suivant la loupe A de la d’une première extrémité d’une barre incidente de l’ensemble et d’un premier tube selon l’invention. est une vue agrandie suivant la loupe B de la de la barre incidente de l’ensemble selon l’invention à une extrémité d’un deuxième tube concentrique à la barre incidente. est une vue en perspective du deuxième flasque de l’ensemble selon l’invention. est une vue en perspective d’un échantillon compris entre une barre incidente et une barre réceptrice de l’ensemble selon l’invention. est une vue en perspective d’un échantillon comprise entre deux isolants d’un ensemble selon l’invention. est une vue schématique et en coupe suivant un axe E représentant l’échantillon, la pince et les isolants. est une vue en perspective de l’ensemble selon l’invention. est une vue d’un ensemble selon l’invention représentant différentes sous-étapes après une étape de génération d’une onde sur l’ensemble. Ensemble (100) comprenant un dispositif (200) à barre de pression de Hopkinson comprenant : un impacteur (1) générant une onde ou une impulsion, une barre incidente (2) comprenant un premier flasque (25) fixée sur une première extrémité de la barre incidente (2) et en vis-à-vis de l’impacteur (1), un premier tube (21) concentrique à la barre incidente (2) et monté sur la barre incidente (2), un deuxième tube (22) concentrique à la barre incidente (2) et monté sur la barre incidente (2), un deuxième flasque (26) fixé à une extrémité du premier tube (21) ou à une extrémité du deuxième tube (22), une barre réceptrice (3) alignée sur la barre incidente (2) et située en vis-à-vis d’une deuxième extrémité de la barre incidente (2), l’ensemble (100) comprend, en outre, un échantillon (5) situé entre la deuxième extrémité de la barre incidente (2) et la barre réceptrice (3), caractérisé en ce que l’ensemble (100) comprend : un four (4), un premier isolant (51a) situé entre la barre incidente (2) et l’échantillon (5), et un deuxième isolant (51b) situé entre l’échantillon (5) et la barre réceptrice (3), les isolants présentent une conductivité thermique inférieur à la conductivité thermique des barres incidente (2) et réceptrice (3). Ensemble (100) selon la revendication précédente caractérisé en ce que l’échantillon (5) est un matériau abradable. Ensemble (100) selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que la barre incidente (2) et la barre réceptrice (3) sont en aluminium. Ensemble (100) selon l’une des revendications précédentes caractérisée en ce que les isolants (51a, 51b) sont cylindriques, le premier isolant (51a) présente un diamètre égal au diamètre de la barre incidente (2), le deuxième isolant (51b) présente un diamètre égal au diamètre de la barre réceptrice (3). Ensemble (100) selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que la conductivité thermique des isolants (51a, 51b) est comprise entre 3 et 20 watt par mètre-kelvin. Ensemble (100) selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce que l’impédance mécanique des isolants (51a, 51b) est comprise entre 6000 et 8000 newton-seconde par mètre. Ensemble (100) selon l’une des revendications précédentes caractérisé en ce qu’il comprend une pince (6) en acier maintenant l’échantillon (5) et les isolants (51a, 51b). Ensemble (100) selon l’une des revendications précédentes caractérisée en ce que : la barre incidente (2) et le premier flasque (25), le premier tube (21), le deuxième tube (22) et le deuxième flasque (26) du deuxième tube (22), et la barre réceptrice (3), sont dans le même matériau. Ensemble (100) selon l’une des revendications précédentes caractérisée en ce que le four (4) est à une température comprise entre 50°C et 900°C. Procédé de compression, au moyen d’un ensemble (100) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend : une première étape d’insertion de l’échantillon (5) et des isolants (51a, 51b) dans le four (4), une deuxième étape de chauffage de l’échantillon (5), une troisième étape de positionnement de l’échantillon (5) et des isolants (51a, 51b) entre la deuxième extrémité de la barre incidente (2) et la barre réceptrice (3), une quatrième étape de génération d’une onde ou d’une impulsion par l’impacteur (1) sur le premier flasque (25).