Brevet FR3141246A1 — publié le 20240426

Machine (30) d’essai de flexion quatre points in situ pour mesurer les propriétés mécaniques d’une éprouvette (10) en forme de cornière, comportant : - deux appuis inférieurs (26) qui sont situés dans un premier plan horizontal (P1) et qui sont écartés l’un de l’autre d’une première distance (D1) prédéterminée, - deux appuis supérieurs (28) qui sont situés dans un second plan horizontal (P2) situé au-dessus du premier plan (P2) et qui sont écartés l’un de l’autre d’une seconde distance (D2) prédéterminée inférieure à la première distance (D1), caractérisée en ce qu’elle comprend un bâti (32) fixe en translation et une partie (34) mobile en translation, les appuis inférieurs (26) étant reliés rigidement au bâti (32) qui est destiné à être situé sous l’éprouvette (10), et les appuis supérieurs (28) étant reliés à la partie mobile (34) qui est également destinée à être située sous l’éprouvette (10). Figure pour l’abrégé : Figure 2 ESSAI DE FLEXION QUATRE POINTS IN SITU D’UNE CORNIERE Domaine technique de l'invention La présente invention concerne une machine et un procédé d’essai de flexion quatre points in situ pour mesurer les propriétés mécaniques hors-plan d’un matériau à partir d’une éprouvette en forme de cornière, ainsi qu’une installation tomographique comportant cette machine. Arrière-plan technique Dans les zones chaudes de moteur d’avion, les composites à matrice céramique (dont l’acronyme est CMC – tel que du SiC/SiC) sont de bon candidats pour remplacer les superalliages. L’armure tridimensionnelle des CMC est conçue pour optimiser leur tenue mécanique en service. Elle dépend de la géométrie des pièces et de leurs chargements thermomécaniques. La mésostructure comporte alors des zones complexes, par exemple au niveau de coudes ou de jonctions. Une bonne compréhension du comportement thermomécanique dans ces zones est nécessaire pour modéliser, dimensionner et certifier les pièces aéronautiques. La détermination des propriétés hors-plan des matériaux CMC (et la cinétique d’endommagement) est difficile à réaliser car leurs épaisseurs sont fines. Cependant, ces propriétés sont essentielles pour le dimensionnement des pièces. Il existe donc un besoin de déterminer les propriétés hors-plan (et la cinétique d’endommagement) des matériaux CMC (Oxyde/Oxyde, CMC carbure, …) grâce à un essai in-situ de flexion de cornière 4 points sous tomographe. A ce jour, les propriétés mécaniques sens 3 de matériau fin sont déterminés soit par traction sens 3 sur disque collé (ILT : Interlaminar tensile test ) soit par essai de flexion de cornière 4 points. La traction sens 3 (ILT) consiste à découper des disques de diamètre connu (ex : 25mm) et à coller leurs deux faces sur des talons (ex : en aluminium). Ces talons sont ensuite insérés dans une machine de traction. La force à rupture divisée par la surface permet de déterminer la contrainte à rupture en sens 3. Cet essai conduit à une forte variabilité des contraintes à rupture ce qui est préjudiciable pour la détermination des contraintes admissibles dans le matériau. Des améliorations ont été proposées dans les normes correspondantes sans grande réduction de la dispersion. Les essais de flexion de cornière 4 points permettent de solliciter la zone de « coin » en traction sens 3. Cet essai permet de déterminer la contrainte à rupture avec moins de dispersion. Cependant, les machines d’essai de la technique actuelle ne sont pas adaptées pour réaliser les essais sous tomographe. En effet, ces machines sont relativement encombrantes et la cornière est cachée par la machine lors des essais. Il est donc difficile voire impossible de réaliser une tomographie de la cornière lors d’un essai. La présente invention propose un perfectionnement simple, efficace et économique qui permet d’optimiser l’encombrement de la machine d’essai et de permettre son utilisation avec une installation tomographique. L’invention concerne une machine d’essai de flexion quatre points in situ pour mesurer les propriétés mécaniques d’une éprouvette en forme de cornière, cette éprouvette comportant deux ailes reliées à angle droit et comportant une surface intérieure et une surface extérieure, la machine comportant : - deux appuis inférieurs qui sont situés dans un premier plan horizontal et qui sont écartés l’un de l’autre d’une première distance prédéterminée, l’éprouvette étant destinée à être positionnée sur ces deux appuis inférieurs de sorte que ces appuis soient au contact de la surface intérieure de l’éprouvette, respectivement sur les deux ailes, et - deux appuis supérieurs qui sont situés dans un second plan horizontal situé au-dessus du premier plan et qui sont écartés l’un de l’autre d’une seconde distance prédéterminée inférieure à la première distance, ces deux appuis supérieurs étant destinés à être au contact de la surface extérieure de l’éprouvette, respectivement sur les deux ailes, caractérisée en ce qu’elle comprend un bâti fixe en translation et une partie mobile en translation par rapport au bâti, les appuis inférieurs étant reliés rigidement au bâti qui est destiné à être situé sous l’éprouvette, et les appuis supérieurs étant reliés à la partie mobile qui est également destinée à être située sous l’éprouvette et qui est déplaçable en direction verticale. La machine selon l’invention est ainsi configurée pour faciliter son utilisation dans une installation tomographique. En effet, la disposition du bâti et de la partie mobile sous l’éprouvette permet à l’éprouvette d’être située à l’extrémité supérieure de la machine et d’être facilement accessible et visible par le faisceau d’un générateur de rayons X d’une installation tomographique par exemple. La machine selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres, ou en combinaison les unes avec les autres : - le bâti comprend une embase inférieure et deux poteaux supérieurs, ces poteaux étant verticaux et espacés l’un de l’autre, les extrémités inférieures des poteaux étant reliées à l’embase et leurs extrémités supérieures étant reliés auxdits appuis inférieurs ; - le bâti comprend en outre un plateau support rotatif autour d’un axe vertical, l’embase étant fixée sur ce plateau support ; - la partie mobile comprend un élément en U comportant des branches verticales espacées l’une de l’autre et reliées par un pont inférieur, les extrémités supérieures de ces branches étant reliées auxdits appuis supérieurs ; - l’élément en U comprend deux paires de branches, une première paire de branches étant situées sur un premier côté et reliées à un premier des appuis supérieurs, et une seconde paire de branches étant situées sur un second côté et reliées à un second des appuis supérieurs, l’éprouvette étant destinée à passer entre les branches de la première paire et entre les branches de la seconde paire ; - le pont inférieur de l’élément en U est relié à au moins une tige verticale de guidage ; - la ou chaque tige de guidage est configurée pour coulisser dans un orifice ou une encoche du bâti ; - les appuis inférieurs et supérieurs sont formés par des surfaces cylindriques de doigts cylindriques orientées horizontalement ; -- l’éprouvette est destinée à être positionnée de sorte que son arête de liaison des ailes soit horizontale ; - ladite partie mobile est équipée d’un capteur de force ; -- les surfaces de l’éprouvette ont une forme en L ou de dièdre. La présente invention concerne également une installation d’essai de flexion quatre points in situ sous tomographie pour mesurer les propriétés mécaniques d’une éprouvette en forme de cornière, cette installation comportant un générateur de rayons X, un détecteur plan orienté verticalement et relié à un système informatique d’acquisition et de traitement de données, et une machine telle que décrite ci-dessus située entre le générateur de rayons X et le détecteur plan. La bonne connaissance des conditions aux limites et des mécanismes d’endommagent via la tomographie permet de réduire les incertitudes de mesure et apporte un plus pour la compréhension du comportement de la pièce. L’invention concerne en outre un procédé d’essai de flexion quatre points in situ pour mesurer les propriétés mécaniques d’une éprouvette en forme de cornière, ce procédé étant mis en œuvre au moyen d’une machine ou d’une installation telle que décrite ci-dessus, l’éprouvette étant réalisée en matériau composite à matrice céramique. Le procédé comprend par exemple une étape de déplacement en translation de la partie fixe vis-à-vis dudit bâti. Le procédé comprend par exemple une étape de déplacement en rotation du plateau autour de son axe. Brève description des figures D’autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit d’un mode de réalisation non limitatif de l’invention en référence aux dessins annexés sur lesquels : la est une vue schématique d’une machine d’essai de flexion quatre points in situ, selon l’art antérieur, la est une vue schématique en perspective d’une machine d’essai de flexion quatre points in situ selon un mode de réalisation de l’invention, la est une autre vue schématique en perspective de la machine de la , la est une vue schématique en perspective d’une machine d’essai de flexion quatre points in situ selon une variante de réalisation de l’invention, la est une autre vue schématique en perspective de la machine de la , les figures 6a et 6b sont des vues schématiques d’une éprouvette et des appuis d’une machine, et illustrent des positions différentes des appuis supérieurs, la est vue très schématique en perspective d’une installation tomographique selon l’invention, les figures 8a et 8b sont des vues similaires aux figures 6a et 6b et montrent en outre un faisceau de rayons X lors d’une tomographie, les figures 9a et 9b sont des vues schématiques de dessus d’une machine et montrent un plateau support rotatif de cette machine, et les figures 10a et 10c sont des images obtenues par tomographie d’éprouvettes qui ont été soumises à des essais de flexion quatre points in situ. Description détaillée de l'invention On se réfère d’abord à la qui montre le principe général d’un essai de flexion quatre points in situ selon l’art antérieur. Ce type d’essai permet de mesurer les propriétés mécaniques d’une éprouvette 10 en forme de cornière. Une éprouvette 10 de ce type comporte deux ailes 12 reliées à angle droit et comportant une surface intérieure 14 et une surface extérieure 16. Chacune de ces surfaces 14, 16 a une forme générale en L ou de dièdre. Cet essai fait l’objet d’une norme ASTM dont la référence est D6415/D6415M. L’homme du métier a connaissance de cette norme qui ne sera donc pas détaillée dans ce qui suit. L’essai est réalisé au moyen d’une machine 20 qui est schématiquement représentée par deux parties 22, 24 dans la , chacune de ces parties 22, 24 comportent ou portent des appuis 26, 28 sur l’éprouvette 10. Les appuis 26, 28 sont au nombre de quatre de façon à former les quatre points d’appui de l’essai. Il y a deux appuis inférieurs 26 et deux appuis supérieurs 28. Les deux appui inférieurs 26 sont disposés sous l’éprouvette 10 et destinés à prendre appui sur sa surface intérieure 14. Les deux appui supérieurs 28 sont disposés sur l’éprouvette 10 est destinés à prendre appui sur sa surface extérieure 16. La partie 22 est une partie inférieure qui est située sous l’éprouvette 10 et qui porte les appui inférieurs 26. Les appuis inférieurs 26 sont situés dans un premier plan horizontal P1 et sont écartés l’un de l’autre d’une première distance D1 prédéterminée. L’éprouvette 10 est positionnée sur les appuis 26 de sorte que ces appuis soient au contact de la surface intérieure 14 de l’éprouvette, respectivement sur les deux ailes 12. La partie 24 est une partie supérieure qui est située au-dessus de l’éprouvette 10 et qui porte les appui supérieurs 28. Les appuis supérieurs 28 sont situés dans un second plan horizontal P2 qui est situé au-dessus de du premier plan P1, et sont écartés l’un de l’autre d’une seconde distance D2 prédéterminée qui est inférieure à la première distance D1. Les appuis supérieurs 28 sont au contact de la surface extérieure 16 de l’éprouvette 10, respectivement sur les deux ailes 12. En position d’essai, l’éprouvette 10 est positionnée de sorte que son arête ou coin de liaison des ailes 12 soit de préférence horizontale. Comme on le voit à la , les parties 22, 24 sont déplacées en translation verticale l’une vers l’autre (flèches F1 et F2) de façon à ce que les appuis 26, 28 exercent un effort de flexion sur l’éprouvette 10. Les figures 2 et 3 illustrent un premier mode de réalisation d’une machine d’essai 30 selon l’invention. La particularité de cette machine 30 est qu’elle comprend un bâti 32 fixe en translation et une partie 34 mobile en translation par rapport au bâti 32 contrairement à la technique antérieure précitée dans laquelle les deux parties 22, 24 sont mobiles. Les appuis inférieurs 26, similaires à ceux décrits dans ce qui précède, sont reliés rigidement au bâti 32 qui est destiné à être situé sous l’éprouvette 10. Les appuis supérieurs 28, similaires à ceux décrits dans ce qui précède, sont reliés à la partie mobile 34 qui est également destinée à être située sous l’éprouvette 10 et qui est déplaçable en direction verticale (flèche F3). Comme évoqué dans ce qui précède, cette configuration de la machine 30 permet à l’éprouvette 10 de rester accessible et visible par un tomographe. Le bâti 32 comprend une embase inférieure 36 et deux poteaux supérieurs 38. Les poteaux 38 sont verticaux et espacés l’un de l’autre. Les extrémités inférieures des poteaux 38 sont reliées à l’embase 36 et leurs extrémités supérieures sont reliées aux appuis inférieurs 26. Dans l’exemple représenté, les appuis inférieurs 26 sont formés par des surfaces cylindriques de doigts cylindriques orientés horizontalement. Ces doigts ont un diamètre prédéterminé. Ils sont de préférence réalisés dans un matériau ayant un faible niveau d’absorption des rayons X et pouvant résister à des hautes températures. Le bâti 32 comprend en outre un plateau support 40 rotatif autour d’un axe vertical A. L’embase 36 est fixée sur ce plateau support 40 qui peut avoir une forme générale circulaire ou de disque. La partie 34 est mobile en translation en direction verticale de préférence le long de l’axe A de rotation du plateau support 40. La partie 34 comprend un élément en U 42 comportant des branches verticales 44, 46 espacées l’une de l’autre ou les unes des autres et reliées par un pont inférieur 48. Les extrémités supérieures des branches 44, 46 sont reliées aux appuis supérieurs 28. Dans l’exemple représenté, les appuis supérieurs 28 sont formés par des surfaces cylindriques de doigts cylindriques orientés horizontalement. Ces doigts ont un diamètre prédéterminé. Ils sont de préférence réalisés dans un matériau ayant un faible niveau d’absorption des rayons X et pouvant résister à des hautes températures. Dans l’exemple représenté, l’élément en U 42 comprend deux paires de branches, les branches 44a, 44b d’une première paire étant situées sur un premier côté et reliées à un premier des appuis supérieurs 28, et les branches 46a, 46b d’une seconde paire étant situées sur un second côté et reliées à un second des appuis supérieurs 28. Comme on le voit à la , l’éprouvette 10 est destinée à passer entre les branches 44a, 44b de la première paire et entre les branches 46a, 46b de la seconde paire. Le pont inférieur 48 de l’élément en U 42 est relié à au moins une tige verticale de guidage 50. La ou chaque tige 50 est configurée pour coulisser dans un orifice ou une encoche du bâti 32. Comme on le voit à la , l’élément en U 42 est disposé entre les poteaux 38 et est apte à être déplacé le long de l’axe A entre ces poteaux 38. Ces tiges 50 sont au nombre de deux dans l’exemple représenté. Elles sont parallèles à l’axe A et à distance l’une de l’autre. Elles traversent des orifices de l’embase 36 et du plateau support 40. Les extrémités supérieures des tiges 50 sont reliées à l’élément en U et leurs extrémités inférieures sont situées sous le bâti 32 et en particulier le plateau support 40, et sont configurées pour être reliées à un actionneur 52. L’actionneur 52 est par exemple du type hydraulique ou du type moteur/réducteur avec vis sans fin, bien que cet aspect ne soit pas limitatif. La partie mobile 34 est de préférence équipée d’un capteur de force 53 (placé par exemple en série) permettant d’enregistrer l’effort transmis par l’actionneur 52 Les figures 4 et 5 illustrent une variante de réalisation de la machine 30. Cette variante diffère du précédent mode de réalisation essentiellement en ce que le bâti 32 est moins encombrant et comprend une embase 36 comportant des encoches de guidage des tiges 50 de la partie mobile 34. Les figures 6a et 6b montrent que la distance D1, la distance D2 ou les distances D1 et D2 peuvent être ajustées. Dans la figure 6a, les appuis inférieurs 26 sont à la distance D1 l’un de l’autre et les appuis supérieurs 28 sont à la distance D2 l’un de l’autre. Dans la figure 6b, les appuis supérieurs 28 ont été davantage éloignés l’un de l’autre et sont à la distance D2’ supérieure à D2. La montre une installation tomographique 60 comportant une machine 30 telle que décrite dans ce qui précède. La machine 30 est représentée de manière simplifiée dans la avec son plateau support 40 mobile en rotation autour de l’axe A, et ses tiges de guidage 50. L’installation 60 comporte en outre un tomographe ou générateur 62 de rayons X et un détecteur plan 64 orienté verticalement et relié à un système informatique 66 d’acquisition et de traitement de données. Le générateur 62 produit un faisceau 68 de rayons X qui traversent l’éprouvette 10 et qui est projeté sur le détecteur plan 64. Les figures 8a et 8b montrent que la machine 30 est particulièrement conçue pour ne pas perturber la propagation du faisceau 68. Les appuis supérieurs 28 sont par exemple déplacés pour éviter d’être dans le champ de ce faisceau 68. Ceci permet de dégager le rayon ou le sommet de l’éprouvette 10 et de limiter le « bruit » généré par les appuis. Les figures 9a et 9b montrent que l’encombrement du montage doit être réduit au maximum afin de rapprocher au maximum le montage d’essais de la source de rayon X et d’obtenir ainsi la meilleure résolution possible pour les images et ce quelle que soit l’orientation du montage (cercle circonscrit rouge). Enfin, les figures 10a à 10c sont des images d’une éprouvette 10 obtenues par l’installation tomographique 60 lors d’un essai de flexion quatre points in situ. Les images sont prises lors d’un même essai, à trois instants différents. La première image à l’instant t1 (correspondant par exemple à un premier chargement) montre une initiation d’une fissure dans la zone Z1 (1 er endommagement). La seconde image à l’instant t2 (correspondant par exemple à un deuxième chargement) montre une propagation de la fissure dans la zone Z1. La troisième à l’instant t3 (correspondant par exemple à un chargement à rupture) montre des délaminages dans la zone Z1 et dans d’autres zones Z2. Dans encore une autre variante non représentée, l’essai pourrait être réalisé à chaud c’est-à-dire à haute température. Dans ce cas, l’éprouvette pourrait être chauffée directement par résistivité ou induction. L’éprouvette serait alors chauffée par effet joule en faisant passer un courant électrique. Machine (30) d’essai de flexion quatre points in situ pour mesurer les propriétés mécaniques d’une éprouvette (10) en forme de cornière, cette éprouvette (10) comportant deux ailes (12) reliées à angle droit et comportant une surface intérieure (14) et une surface extérieure (16), la machine (30) comportant : - deux appuis inférieurs (26) qui sont situés dans un premier plan horizontal (P1) et qui sont écartés l’un de l’autre d’une première distance (D1) prédéterminée, l’éprouvette (10) étant destinée à être positionnée sur ces deux appuis inférieurs (26) de sorte que ces appuis soient au contact de la surface intérieure (14) de l’éprouvette (10), respectivement sur les deux ailes (12), et - deux appuis supérieurs (28) qui sont situés dans un second plan horizontal (P2) situé au-dessus du premier plan (P2) et qui sont écartés l’un de l’autre d’une seconde distance (D2) prédéterminée inférieure à la première distance (D1), ces deux appuis supérieurs (28) étant destinés à être au contact de la surface extérieure (16) de l’éprouvette (10), respectivement sur les deux ailes (12), caractérisée en ce qu’elle comprend un bâti (32) fixe en translation et une partie (34) mobile en translation par rapport au bâti (32), les appuis inférieurs (26) étant reliés rigidement au bâti (32) qui est destiné à être situé sous l’éprouvette (10), et les appuis supérieurs (28) étant reliés à la partie mobile (34) qui est également destinée à être située sous l’éprouvette (10) et qui est déplaçable en direction verticale. Machine (30) selon la revendication 1, dans laquelle le bâti (32) comprend une embase (36) inférieure et deux poteaux (38) supérieurs, ces poteaux (38) étant verticaux et espacés l’un de l’autre, les extrémités inférieures des poteaux (38) étant reliées à l’embase (36) et leurs extrémités supérieures étant reliés auxdits appuis inférieurs (26). Machine (30) selon la revendication 2, dans laquelle le bâti (32) comprend en outre un plateau support (40) rotatif autour d’un axe (A) vertical, l’embase (36) étant fixée sur ce plateau support (40). Machine (30) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la partie mobile (34) comprend un élément en U (42) comportant des branches (44, 46) verticales espacées l’une de l’autre et reliées par un pont inférieur (48), les extrémités supérieures de ces branches (44, 46) étant reliées auxdits appuis supérieurs (28). Machine (30) selon la revendication 4, dans laquelle l’élément en U (42) comprend deux paires de branches (44a, 44b, 46a, 46b), une première paire de branches (44a, 44b) étant situées sur un premier côté et reliées à un premier des appuis supérieurs (28), et une seconde paire de branches (46a, 46b) étant situées sur un second côté et reliées à un second des appuis supérieurs (28), l’éprouvette (10) étant destinée à passer entre les branches (44a, 44b) de la première paire et entre les branches (46a, 46b) de la seconde paire. Machine (30) selon la revendication 4 ou 5, dans laquelle le pont inférieur (48) de l’élément en U est relié à au moins une tige verticale (50) de guidage. Machine (30) selon la revendication 6, dans laquelle la ou chaque tige de guidage (50) est configurée pour coulisser dans un orifice ou une encoche du bâti (32). Machine (30) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle les appuis inférieurs (26) et supérieurs (28) sont formés par des surfaces cylindriques de doigts cylindriques orientés horizontalement. Machine (30) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ladite partie mobile (34) est équipée d’un capteur de force (53). Installation (60) d’essai de flexion quatre points in situ sous tomographie pour mesurer les propriétés mécaniques d’une éprouvette (10) en forme de cornière, cette installation (60) comportant un générateur (62) de rayons X, un détecteur plan (64) orienté verticalement et relié à un système informatique (66) d’acquisition et de traitement de données, et une machine (30) selon l’une des revendications précédentes située entre le générateur (62) de rayons X et le détecteur plan (64). Procédé d’essai de flexion quatre points in situ pour mesurer les propriétés mécaniques d’une éprouvette (10) en forme de cornière, ce procédé étant mis en œuvre au moyen d’une machine (30) selon l’une des revendications 1 à 9 ou d’une installation (60) selon la revendication 10, l’éprouvette (10) étant réalisée en matériau composite à matrice céramique.