FR2751411A1 - Systeme mecanique d'application d'efforts sur des pistes subissant en outre les sollicitations de contact - Google Patents

Abstract

Appareillage mécanique d'application d'efforts pour une machine d'essais de fretting comportant deux ensembles de support et de commande d'une éprouvette supérieure (101) et d'une éprouvette inférieure (102) mises en contact l'une avec l'autre dans une zone de contact et soumises l'une par rapport à l'autre à des sollicitations de contact résultant d'un débattement alternatif dans la zone de contact et d'une force verticale de fretting appliquée sur l'éprouvette supérieure. L'appareillage comporte une semelle (300) pour recevoir l'éprouvette inférieure (102) dans une gorge pratiquée à sa surface supérieure (302), le long de son axe longitudinal, et cette semelle comporte des moyens (340, 346, 350) pour appliquer en outre sur l'éprouvette inférieure des sollicitations externes qui induisent des contraintes volumiques complémentaires de traction, de compression ou de cission dans la zone de contact entre l'éprouvette supérieure (101) et l'éprouvette inférieure (102).

Description

Domaine de l'invention
La présente invention concerne un appareillage destiné à être mis en oeuvre dans une machine de fretting-usure ou fretting-wear qui est une machine effectuant des essais d'endommagement de contact induit sous de faibles débattements alternatifs, mais dont le dommage principal se manifeste par de l'usure, une machine de fretting-fatigue qui est une machine effectuant des essais d'endommagement de contact induit sous de faibles débattements alternatifs mais dont le dommage principal se manifeste par de la fissuration, une machine de fatigue de contact qui est une machine effectuant des essais d'endommagement de contact induit par des efforts normaux dont le dommage principal se manifeste par de la fissuration, ou tout autre machine d'essais analogue. L'appareillage concerné vise à appliquer au niveau d'une zone de contact entre deux éprouvettes soumises à des conditions vibratoires, des champs de contraintes dûs à la fois aux sollicitations de ce contact et à des sollicitations qui lui sont extérieures.

Art antérieur
Les machines de fretting-usure, de fretting-fatigue et de fatigue de contact que nous appellerons dorénavant du terme générique de machines d'essais de fretting sont des machines capables de générer des phénomènes de fretting entre deux éprouvettes et pouvant être utilisées en recherche appliquée, pour le développement de nouveaux matériaux ou de nouveaux traitements de surface, ou encore pour des missions d'expertise dans le but de reconstituer une dégradation qui s'est produite en service, et de déterminer les circonstances de cette dégradation.

Le phénomène de fretting ou usure et fatigue sous faibles débattements est un type de dégradation de surface qui apparaît au niveau de la zone de contact de deux pièces, cette zone étant soumise à des sollicitations répétées de faibles amplitudes.

On notera que les faibles débattements peuvent résulter d'un déplacement relatif des pièces dans la zone du contact ou d'une déformation élastique ou plastique des pièces dans la zone de contact et sans qutil y ait nécessairement un déplacement relatif des zones de contact entre elles.

Le fretting peut se manifester dans toute liaison mécanique soumise à des vibrations, soit hors fonctionnement, notamment pendant une opération de transport, soit pendant le fonctionnement notamment durant les phases transitoires.

Les composants mécaniques susceptibles d'être soumis à du fretting sont notamment les roulements et autres types de paliers, les arbres cannelés, les liaisons frettées.

Le phénomène d'endommagement dû au fretting est très pénalisant pour la tenue en service des mécanismes. Il a deux conséquences principales:
- une usure des matériaux entraînant soit un blocage par accumulation de débris, soit un grippage, soit un jeu important entre les pièces de la liaison selon le comportement des particules d'usure (chimique, mécanique, dynamique),
- une diminution importante de la tenue en fatigue volumique des pièces consécutive à la fragilisation superficielle du matériau (amorce de fissures, dégradation de l'état de surface et de la structure).

Les phénomènes de fretting sont influencés par les propriétés et le comportement des matériaux dans lesquels sont réalisées les éprouvettes, par les conditions d'environnement dans lesquelles sont placées les éprouvettes et avant tout par les conditions de contact entre les éprouvettes: géométrie des éprouvettes, intensité des efforts tangentiels et normaux subis par les éprouvettes, amplitude, forme et fréquence des débattements, durée et nombre de cycles.

Un exemple de machine d'essais de fretting est illustré par la demande de brevet FR 2 685 773 de la demanderesse. Cette machine, représentée en Figure 27, comprend deux ensembles indépendants de support et de commande d'une éprouvette supérieure 101 et d'une éprouvette inférieure 102 mises en contact l'une avec l'autre et soumises l'une par rapport à l'autre à un mouvement alternatif par l'intermédiaire d'un portique 115 suspendu par deux lames flexibles 106 à un bâti 120 et relié à un excitateur magnétique tel qu'un pot vibrant horizontal 113. L'éprouvette supérieure est elle-même montée sur un dispositif de support fixé à la partie centrale d'un bras horizontal 108 monté sur le bâti par l'intermédiaire d'une articulation à pivots élastiques située au voisinage d'une première extrémité du bras 108 portant une contremasse d'équilibrage (non représentée). Le bras 108 est par ailleurs relié au bâti par un moyen de liaison horizontal situé au voisinage de sa deuxième extrémité, perpendiculairement à ce bras, une force verticale de fretting et un effort de traction horizontale étant exercés au voisinage de cette deuxième extrémité. Des capteurs 161 montés dans une des poutrelles verticales 105 du portique assurent la détection du débattement et de la fréquence des mouvements horizontaux de va-et-vient du portique ainsi que de l'effort tangentiel de fretting appliqué au bras.

Avec cette machine, il est possible d'obtenir un contrôle séparé du champ de contraintes volumiques appliquées sur l'éprouvette inférieure et du champ de contrainte de contact. Toutefois, les contraintes induites dans cette éprouvette inférieure ne permettent pas d'en étudier précisément le comportement en fissuration sous contraintes de contact. En outre, la zone de champ de contraintes accessible avec cette machine reste limitée.

Définition et objet de l'invention
La présente invention a pour but de pallier les inconvénients précités en proposant un appareillage mécanique d'application d'efforts qui permette d'améliorer les performances des machines d'essais de fretting existantes par l'application des sollicitations externes constantes à l'éprouvette inférieure pour induire dans celle-ci des contraintes de traction, de compression et de cission (torsion) dans la zone de contact. Un autre but de l'invention est de pouvoir effectuer ces essais dans une zone élargie du champ de contraintes inaccessible avec les machines actuelles. Encore un autre but de l'invention est de proposer un appareillage dont le montage sur les machines actuelles soit aisé, rapide et en outre modulaire.

Ces buts sont atteints par un appareillage mécanique d'application d'efforts pour une machine d'essais de fretting comportant deux ensembles de support et de commande d'une éprouvette supérieure et d'une éprouvette inférieure mises en contact l'une avec l'autre dans une zone de contact et soumises l'une par rapport à l'autre à des sollicitations de contact résultant d'un débattement alternatif dans la zone de contact et d'une force verticale de fretting appliquée sur l'éprouvette supérieure, appareillage caractérisé en ce qu'il comporte une semelle pour recevoir l'éprouvette inférieure dans une gorge pratiquée à sa surface supérieure le long de son axe longitudinal, et en ce que ladite semelle comporte des moyens pour appliquer en outre sur ladite éprouvette inférieure des sollicitations externes qui induisent des contraintes volumiques complémentaires dans ladite zone de contact entre l'éprouvette supérieure et l'éprouvette inférieure.

Ainsi, par cette configuration particulière de semelle, il est possible de superposer au point de contact entre les deux éprouvettes soumises à des conditions vibratoires, un champ de contraintes généré par les sollicitations de contact et un champ de contraintes généré par des sollicitations externes qui peuvent être des sollicitations de traction, de compression ou de cission sur l'une de ces deux éprouvettes, de telle manière que l'on puisse faire varier ces deux champs de contraintes à la surface de cette dernière éprouvette de manière indépendante et parfaitement maîtrisée.

La détermination des critères de fatigue volumique du matériau de l'éprouvette est ainsi obtenue avec une grande précision. De même, la caractérisation fine de matériaux ou de traitements et revêtements de surfaces devient possible.

Dans un premier mode de réalisation, les moyens d'application de sollicitations externes comportent des moyens pour appliquer sur l'éprouvette inférieure une flèche dont la courbure est dirigée vers la surface supérieure de la semelle, de telle sorte que la sollicitation ainsi exercée sur cette éprouvette inférieure induit des contraintes volumiques de traction dans la zone de contact. Ces moyens d'application de la flèche comportent deux supports cylindriques placés au centre et sous l'éprouvette inférieure et deux pièces déformantes placées à chacune des deux extrémités et sur cette éprouvette inférieure.

Dans un second mode de réalisation, les moyens d'application de sollicitations externes comportent des moyens pour appliquer sur l'éprouvette inférieure une flèche dont la courbure est dirigée vers une surface inférieure de la semelle, de telle sorte que la sollicitation ainsi exercée sur cette éprouvette inférieure induit des contraintes volumiques de compression dans la zone de contact. Ces moyens d'application de la flèche comportent deux supports cylindriques placés à chacune des deux extrémités et sous l'éprouvette inférieure et deux pièces déformantes placées au centre et sur cette éprouvette inférieure.

De préférence, les supports cylindriques et les pièces déformantes comportent chacun un appui-couteau pour définir avec précision les points de contact avec l'éprouvette inférieure.

La déformée de la flèche peut être déterminée par l'épaisseur de cales de réglage placées au niveau des pièces déformantes ou encore au moyen d'un système à vis à pas très fin qui agit sur les pièces déformantes.

Selon un troisième mode de réalisation, les moyens d'application de sollicitations externes comportent des moyens pour appliquer sur
I'éprouvette inférieure une torsion par rapport à l'axe longitudinal de la semelle, de telle sorte que la sollicitation ainsi exercée sur cette éprouvette inférieure induit des contraintes volumiques de cission dans la zone de contact. Ces moyens d'application d'une torsion comportent des moyens pour bloquer en rotation une première extrémité de l'éprouvette inférieure et des moyens pour appliquer une rotation d'un angle déterminé à son autre extrémité. Les moyens de blocage comportent une première pièce de maintien solidaire de la semelle au niveau d'un de ses côtés transversaux et dans laquelle est insérée la première extrémité de l'éprouvette inférieure et les moyens d'application de la rotation comportent une seconde pièce de maintien dans laquelle est insérée l'autre extrémité de l'éprouvette inférieure et qui est entraînée en rotation par un plateau tournant solidaire de la semelle et actionné par un ensemble vis-contrevis ou par des courroies et des poulies agissant par l'intermédiaire d'un contrepoids.

Selon un quatrième mode de réalisation, les moyens d'application de sollicitations externes comportent des moyens pour appliquer une traction entre les deux extrémités de l'éprouvette inférieure, de telle sorte que la sollicitation ainsi exercée sur cette éprouvette inférieure induit des contraintes volumiques de pure traction dans la zone de contact. Ces moyens d'application de la traction comportent deux pièces de maintien fixées chacune sur un côté transversal de la semelle et qui sont traversées chacune par une extrémité filetée de l'éprouvette inférieure, deux écrous coopérant avec ces extrémités filetées pour exercer une traction longitudinale sur l'éprouvette inférieure en prenant appui sur ces pièces de maintien de l'éprouvette.

Avantageusement, la semelle peut être fixée à l'ensemble de support et de commande de l'éprouvette inférieure par des moyens de liaison, de telle sorte que l'éprouvette inférieure est maintenue dans la direction D de débattement ou bien être fixée à l'ensemble de support et de commande de l'éprouvette inférieure par des moyens de liaison, de telle sorte que l'éprouvette inférieure est maintenue dans une direction déterminée et différente de celle du débattement alternatif exercé par cet ensemble de support et de commande, par exemple perpendiculairement à la direction D de débattement.

De préférence, la semelle comporte une base massive dans laquelle est percée la gorge et au moins une paroi de renfort fixée perpendiculairement à la surface inférieure de cette base et destinée à éviter toute flexion indésirable de la semelle.

L'invention concerne également toute machine d'essais de fretting du type fretting-wear, fretting-fatigue ou analogue comportant un appareillage d'application d'efforts.

Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de la description suivante, faite à titre indicatif et non limitatif, en regard des dessins annexés, sur lesquels: - la Figure 1 est une vue schématique en perspective d'une machine d'essais
de fretting, - la Figure 2 est une vue schématique explicitant le principe de
fonctionnement d'un mode de réalisation de l'invention, - les Figures 3a et 3b illustrent respectivement un exemple de déformation
de l'éprouvette inférieure et une représentation de la contrainte de traction
induite par cette déformation, - la Figure 4 montre un exemple d'application de la déformation illustrée à
la Figure 3a, - la Figure 5 est une vue de l'appareillage mécanique d'application d'efforts
selon l'invention, - les Figures 6 et 7 sont respectivement des vues de dessus et de côté d'un
premier mode de réalisation de la semelle support de l'éprouvette
inférieure de l'appareillage de la Figure 5 permettant l'application de
contraintes de traction sur cette éprouvette inférieure, - les Figures 8a et 8b montrent en vue de face et de côté l'éprouvette
inférieure, - la Figure 9 illustre un support cylindrique mis en oeuvre dans
l'appareillage de la figure 5, - la Figure 10 est une vue selon le plan X-X de la Figure 9, - les Figures 11 et 12 montrent en vue de face et de côté une pièce
déformante de l'appareillage de la Figure 5, - les Figures 13 et 14 sont respectivement des vues de dessus et de côté
d'une variante de la semelle des Figures 6 et 7 permettant une orientation
de cette semelle par rapport à la direction de débattement, - les Figures 15 et 16 sont respectivement des vues de dessus et de côté
d'un deuxième mode de réalisation de la semelle support de l'éprouvette
inférieure de l'appareillage de la Figure 5 permettant l'application de
contraintes de compression sur cette éprouvette inférieure, les Figures 17 et 18 sont respectivement des vues de dessus et de côté
d'un troisième mode de réalisation de la semelle support de l'éprouvette
inférieure de l'appareillage de la Figure 5 permettant l'application de
contraintes de cission sur cette éprouvette inférieure, les Figures 19 et 20 illustrent schématiquement, selon une vue de côté et
de face, un premier exemple de moyens pour appliquer une rotation sur
une extrémité de l'éprouvette inférieure, - les Figures 21 et 22 illustrent schématiquement, selon une vue de côté et
de face, un second exemple de moyens pour appliquer une rotation sur
une extrémité de l'éprouvette inférieure, - la Figure 23 montre un exemple de moyens pour appliquer une traction à
l'éprouvette inférieure, - la Figure 24 est une vue de dessus d'une variante de la semelle de
l'appareillage selon l'invention permettant l'exercice de contraintes de
traction, de compression ou de cission, la Figure 25 illustre la modification de l'espace de Dang-Van accessible
avec (domaine B) et sans (domaine A) mise en oeuvre de l'appareillage
selon l'invention, - la Figure 26 illustre l'amélioration apportée par l'appareillage selon
l'invention au niveau de la courbe de chargement d'un matériau, et - la Figure 27 est une vue en coupe d'un exemple d'une machine d'essais de
fretting sur laquelle peut être monté l'appareillage selon l'invention.

Description détaillée d'un mode de réalisation préférentiel
On rappellera d'abord, en référence à la Figure 1, le schéma de principe d'une machine d'essais de fretting telle qu'illustrée en Figure 24, destinée à permettre de simuler dans des conditions déterminées et adaptables, par l'application de sollicitations répétées, un phénomène de fretting entre deux éprouvettes 101, 102 présentant une zone de contact.

Les éprouvettes inférieure 102 et supérieure 101 peuvent présenter des formes diverses et peuvent par exemple définir des contacts plan sur plan, horizontaux ou inclinés, des contacts bille ou cylindre sur plan horizontal ou incliné, ou encore des contacts bille ou cylindre sur cylindre ou sphère, avec des concavités tournées dans le même sens ou non.

La machine illustrée schématiquement comprend un bâti, non représenté, auquel sont suspendues les deux lames flexibles parallèles, à la partie inférieure desquelles est suspendu un ensemble de support et de commande de l'éprouvette inférieure 102. Cet ensemble de support comprend essentiellement le portique vertical rectangulaire 115 formé des deux poutrelles verticales 105, de la poutrelle horizontale supérieure 107 perpendiculaire aux deux lames flexibles 106 et de la poutrelle inférieure 104 parallèle à la poutrelle 107 et supportant l'éprouvette inférieure 102.

La poutrelle horizontale supérieure 107 est reliée à la sortie de l'excitateur magnétique tel que le pot vibrant 113 (représenté symboliquement sur la Figure 2) qui exerce sur la poutrelle 107 une excitation E dans le sens axial de cette poutrelle 107 pour provoquer, au niveau de l'éprouvette inférieure 102, un débattement D sous la forme d'un mouvement de déplacement horizontal alternatif de faible amplitude et de fréquence déterminée dans le plan du portique 115.

Un ensemble de support et de commande de l'éprouvette supérieure 101 est rattaché au bâti d'une façon tout à fait indépendante de l'ensemble de support et de commande de l'éprouvette inférieure 102. Cet ensemble de support de l'éprouvette supérieure 101 comprend essentiellement le bras horizontal 108 qui est perpendiculaire au plan défini par le portique rectangulaire 115, qui passe approximativement au milieu du portique et se trouve articulé par rapport au bâti au voisinage de l'une de ses extrémités par une articulation à la cardan 110 autour de deux axes de pivotement orientés horizontalement et verticalement.

Dans le plan du portique 115, le bras 108 porte, à sa partie inférieure, un dispositif de support ou mandrin 103 dans lequel est encastrée l'éprouvette supérieure 101, laquelle est mise en contact avec l'éprouvette inférieure 102 en position de travail.

Un moyen 119 d'application d'un effort normal de fretting N dirigé vers le bras est fixé au voisinage de l'extrémité du bras longitudinal 108 qui est opposée à l'articulation 110.

Un contrepoids 111 équilibre le bras 108 lorsque l'effort normal de fretting N n'est pas appliqué, et permet l'ouverture du bras 108 jusqu'à la poutre supérieure 107 du portique 115, ce qui dégage un large espace pour les échanges d'éprouvettes 101,102 102 ou de capteurs, tels que le capteur de déplacement 161 qui peut être placé entre une poutrelle verticale 105 et le dispositif de support 103.

Un dispositif de maintien 109 du bras 108 relie celui-ci au bâti selon une direction horizontale et permet d'exercer sur le bras 108 une force
, tangentielle T contrôlée dirigée vers l'extérieur du bâti. Le point d'attache du dispositif de maintien 109 est situé entre le dispositif 103 de support de l'éprouvette supérieure 101 et l'extrémité du bras 108 où est appliqué l'effort normal.

La Figure 2 est un schéma de principe illustrant le fonctionnement de l'appareillage selon l'invention mis en oeuvre sur la machine de la Figure 1 et permettant d'appliquer sur l'éprouvette inférieure 102 à la fois les sollicitations de contact périodiques classiques (tangentielle ou normale obtenues par les moyens d'application d'efforts 113 et 119) et de nouvelles sollicitations externes. Ces sollicitations externes sont obtenues, dans un premier mode de réalisation, par l'intermédiaire de deux moyens supports 201, 202 (créant deux premiers points de contact avec l'éprouvette) destinés à supporter l'éprouvette inférieure et de deux moyens déformants 203, 204 (créant deux autres points de contact) destinés à agir sur cette éprouvette inférieure. Ces moyens ainsi que l'éprouvette inférieure sur laquelle ils agissent sont disposés au niveau de la poutrelle 104 et coopèrent avec l'ensemble de support et de commande auquel elle est fixée pour créer dans une zone de contact entre les deux éprouvettes un champ de contraintes indépendant du champ de contraintes de contact créé précédemment sous l'effet des seules sollicitations de contact. Dans le premier mode de réalisation illustré, les sollicitations externes en imposant une flexion de l'éprouvette inférieure induisent une contrainte volumique de traction supplémentaire dans la zone de contact. La déformation obtenue au niveau de l'éprouvette inférieure et la contrainte de traction induite par cette flexion sont montrées respectivement sur les Figures 3a et 3b. La déformée de la flèche étant imposée par les moyens déformants, ceux-ci devront avoir des dimensions parfaitement connues (l'emploi de cales permettra l'obtention de flèches variables). Dès lors, il est possible par un calcul de résistance des matériaux d'accéder aux valeurs de contraintes volumiques induites par cette flexion à quatre points de contacts.

On notera que les moyens déformants peuvent alternativement comporter un système à vis à pas très fin 205, comme le montre la Figure 4.

Pour cela, les pièces déformantes 203, 204 sont montées dans un étrier 206 dont le déplacement est effectué sous l'action d'une vis 207 agissant à l'encontre d'une plaque support 208 sur laquelle reposent les supports cylindriques 201, 202. Ce système présente en effet l'intérêt de pouvoir être mis en oeuvre pour n'importe quelle flèche sans avoir à usiner des cales de dimensions particulières.

Les Figures 5, 6 et 7 illustrent un premier exemple de réalisation d'un appareillage mécanique d'application d'efforts adapté à une machine d'essai de fretting et destiné à être monté dans cette machine en lieu et place de la poutrelle inférieure 104 supportant l'éprouvette inférieure 102. Cet appareillage comporte une semelle 300 présentant une forme générale en T avec une base massive 301 comportant une surface supérieure 302 et une surface inférieure 303 et dans l'axe longitudinal 304 de laquelle est pratiquée depuis sa surface supérieure une gorge 305 pour recevoir l'éprouvette inférieure 102. Cette base comporte en outre, perpendiculairement à sa surface inférieure 303, une paroi de renfort 306 s'étendant au niveau de son axe longitudinal sur toute sa longueur. Cette paroi destinée à éviter toute flexion de la semelle est fixée à la surface inférieure de la base, par exemple par soudure.

La base comporte deux premiers alésages 307, 308 pratiqués perpendiculairement à son axe longitudinal de part et d'autre de son axe transversal 309 et traversant la gorge 305. Ces deux premiers alésages sont destinés à recevoir des supports cylindriques 340 munis d'appuis couteaux (voir les Figures 9 et 10) et sur lesquels reposera l'éprouvette inférieure 102.

La base comporte également, à chaque extrémité de la gorge 305, une paire de seconds alésages 310, 311; 312, 313 disposés de part et d'autre de cette gorge et destinés à recevoir des vis de serrage 345 pour une pièce déformante 350 munie d'un appui couteau (voir les Figures 11 et 12) et reposant sur la base par l'intermédiaire de cales de réglage 346. Les différents appuis-couteaux définissent ainsi quatre points de flexion déterminés pour l'éprouvette inférieure (deux points centraux et deux points d'extrémité). Un trou taraudé 314 est percé entre les premiers alésages, dans le plan transversal de la base, et est destiné à recevoir une vis de type pointeau pour permettre un maintien des éprouvettes dont la largeur serait inférieure à celle de la gorge.

La fixation de la base aux deux poutrelles verticales 105 du portique 115 est assurée classiquement par les ensembles vis-écrou liant précédemment ces poutrelles à la poutrelle inférieure 104 au moyen de quatre trous de passage 315, 316, 317, 318 (deux par poutrelles) percés dans cette base.

Pour l'application des contraintes externes, l'éprouvette 102 est placée dans la gorge 305 et elle est supportée en son centre par les deux supports cylindriques 340. En outre, elle est fléchie par l'intermédiaire des deux pièces déformantes 350 (et éventuellement des cales de réglage 346) qui sont pressées contre la surface supérieure 302 de la semelle 300 par l'intermédiaire des vis de liaison 345. La semelle étant fixée au portique 115, elle se trouve, du fait du débattement généré par l'excitateur magnétique, également soumise aux sollicitations de contact avec l'éprouvette supérieure.

L'éprouvette inférieure 102 est montrée sur les Figures 8a et 8b. Il s'agit d'un "barreau carré" d'une longueur au moins égale à celle de la gorge 305, l'application des sollicitations de contact étant de préférence exercée dans une zone centrale 336 de ce barreau. Bien sûr, il est possible de réaliser plusieurs essais sur une même éprouvette en déplaçant simplement celle-ci selon l'axe longitudinal 304 (sous réserve bien entendu que son maintien reste assuré et que les limites d'élasticité du barreau n'aient pas été dépassées durant l'essai précédent et que la distance entre deux empreintes d'essais soit conforme aux normes en vigueur en matière d'essais de dureté).

Les Figures 9 et 10 montrent plus en détail le support cylindrique 340. Celui-ci comporte sur sa partie centrale deux méplats 341, 342 dont les côtés se rejoignent pour former une arrête 343. Afin d'éviter leur déformation permanente et donc leur remplacement fréquent, ces supports sont avantageusement réalisés dans des aciers spéciaux dont la dureté dépasse les 62 HRc.

Les Figures 11 et 12 montrent plus en détail la pièce déformante 350.

Cette pièce présente une forme sensiblement en T avec une partie centrale composée de deux plans 351, 3O2 se rejoignant en une arrête centrale 353.

Deux alésages 354, 355 sont pratiqués de part et d'autre de cette partie centrale pour recevoir les vis 345 nécessaires au serrage de cette pièce contre l'éprouvette inférieure 102. L'importance de la flèche appliquée sur l'éprouvette dépendant de l'épaisseur de la pièce déformante 350, on comprend aisément qu'il est donc nécessaire de disposer d'autant de paires de ces pièces que de valeurs souhaitées pour cette flèche. On notera toutefois, qu'il est aussi possible d'obtenir des flèches de valeurs différentes en disposant simplement des cales d'épaisseur différente sous une seule pièce déformante de dimension donnée (voir la Figure 5).

Un deuxième exemple de réalisation de la semelle qui permet d'appliquer des contraintes sur l'éprouvette 102 dans deux directions perpendiculaires est montré aux Figures 13 et 14. Dans cet exemple la base 301 est élargie pour permettre la réalisation de quatre seconds trous de passage 319, 320, 321, 322, symétriques des premiers mais disposés selon l'axe transversal 309 de cette base. Ainsi, selon que la semelle sera fixée au portique 115 par les premiers ou par les seconds trous de passage, les contraintes de traction imposées par la flexion à quatre points seront alors respectivement parallèles ou perpendiculaires à la direction de débattement horizontal de l'éprouvette. Bien entendu, ces deux directions ne sont pas exclusives et toute autre direction peut aussi être choisie en procédant au perçage des trous de passage correspondant selon la direction déterminée. Il est ainsi possible d'étudier l'influence de la direction des contraintes sur les endommagements de l'éprouvette. On notera que, si la direction d'application des contraintes est évoquée dans le seul cas d'application d'une contrainte de traction, elle est bien entendu envisageable aussi pour tous les types de contrainte qui seront examinés ci-après. Afin d'éviter une éventuelle flexion de cette semelle une second paroi de renfort 323 est fixée perpendiculairement à la précédente 306 sous la base 301.

Les Figures 15 et 16 illustrent un troisième exemple de réalisation de la semelle 300 plus particulièrement destiné à l'application de contraintes de compression (et non plus de traction) sur l'éprouvette 102. Pour cela, les deux premiers alésages 307, 308 de la base sont maintenant pratiqués perpendiculairement à son axe longitudinal 304 au niveau des extrémités de la gorge 305 où ils traversent cette gorge. Ces deux premiers alésages sont aussi destinés à recevoir les supports cylindriques 340 dont les arêtes d'appui définissent toutefois maintenant les deux points extrêmes de contact et de support de l'éprouvette inférieure 102. De même, les seconds alésages 310, 311; 312, 313 disposés par paire de part et d'autre de la gorge, et destinés à recevoir les vis de serrage 345 pour le maintien de la pièce déformante 350 sont maintenant placés au centre de la base (en laissant entre eux bien évidemment une distance suffisante pour permettre le passage de l'éprouvette supérieure 101) et leurs arêtes d'appui définissent les deux points centraux de contact et de pression de cette éprouvette inférieure.

Comm d'une rotation d'un angle déterminé sous l'action par exemple d'un plateau tournant 332, connu en soi, avec vis 333 et contre-vis 334 ou d'un plateau tournant avec poulies et courroies 335 actionnées par un contrepoids 336.

Pour changer d'angle de torsion, il suffit alors simplement d'agir sur la vis et la contre-vis ou de changer de contrepoids. Comme pour les exemples précédents, les essais sont effectués de préférence au centre de l'éprouvette.

A titre de variante de réalisation, on peut encore noter que la semelle précitée permettant d'appliquer des contraintes de cission peut être employée également pour appliquer des contraintes de traction pure dépourvues de toute flexion parasite (au contraire du premier exemple de réalisation qui repose sur une flexion de l'éprouvette). Pour cela (voir Figure 23), il convient de monter la pièce de maintien 330 à chaque extrémité de la base, les liaisons entre ces deux pièces et la base étant réalisées classiquement par vis-écrou au travers des deux alésages 361, 362 pratiqués dans ces pièces et correspondant aux deux trous d'ancrage 326, 327 ; 328, 329 percés sur chaque côté transversal de la base. Ces pièces serviront d'appui pour des écrous 363, 364 montés aux extrémités de l'éprouvette (ces extrémités ayant été préalablement munies d'un filetage) et permettant une traction longitudinale de celle-ci. L'allongement ou les contraintes induites par traction sont mesurées par jauge de contrainte collées sur l'éprouvette ou par un dispositif permettant par exemple de mesurer les variations géométriques entre des repères prédéterminés 365, 366 marqués sur l'éprouvette (la réalisation d'un épaulement ou d'une marche dans cette éprouvette est aussi envisageable).

Sur la Figure 24 est représentée une semelle 300 qui permet d'appliquer à une éprouvette inférieure 102 différentes contraintes sans nécessiter son changement entre chaque nouvelle étude de contrainte. En effet, celle-ci comporte l'ensemble des éléments décrits précédemment et permettant d'appliquer les contraintes de traction (par flexion), de compression ou de scission, ces contraintes pouvant être appliquées dans l'axe de débattement ou perpendiculairement à cet axe.

La présente invention est donc particulièrement intéressante en ce qu'elle permet d'accroître notablement le domaine d'application des machines d'essais de fretting conventionnelles. Elle permet en effet d'associer aux essais d'endommagement de contact sous de faibles débattements alternatifs (domaine de la machine classique), des contraintes volumiques de traction (par traction pure ou par flexion), de compression ou encore de torsion sur l'une de ces éprouvettes et ainsi d'accroître le domaine de Dang-Van (domaine de fissuration) accessible. La Figure 25 montre bien cet accroissement du domaine de contraintes accessible en présentant les limites de ce domaine avec une machine d'essais de fretting traditionnelle (hachures A) et avec une telle machine munie de l'appareillage d'application d'efforts de l'invention (hachures B), les droites 369 dans l'espace de Dang
Van définissant le critère de fissuration. De même, les courbes de chargement pendant un cycle de débattement en un point déterminé d'une éprouvette réalisée dans un matériau déterminé, représentées sur la Figure 26 pour une machine d'essais de fretting de l'art antérieur munie (courbe 371) ou non (courbe 370) d'un appareillage selon l'invention, permettent d'apprécier l'apport de cet appareillage à une telle machine traditionnelle. En effet, l'effort vertical de fretting applicable sur la machine étant limité, il apparaît clairement que l'appareillage mécanique d'application d'efforts de l'invention permet d'atteindre des zones de l'espace de Dang-Van auquel il était auparavant impossible d'accéder. Ces courbes correspondant à l'endommagement en fissuration d'un matériau considéré, on comprendra que le positionnement en des endroits nouveaux de cet espace permet d'analyser avec plus de finesse son comportement à la fissuration.

Claims (18)

REVENDICATIONS

1. Appareillage mécanique d'application d'efforts pour une machine d'essais de fretting comportant deux ensembles de support et de commande d'une éprouvette supérieure (101) et d'une éprouvette inférieure (102) mises en contact l'une avec l'autre dans une zone de contact et soumises l'une par rapport à l'autre à des sollicitations de contact résultant d'un débattement alternatif dans la zone de contact et d'une force verticale de fretting appliquée sur l'éprouvette supérieure, appareillage caractérisé en ce qu'il comporte une semelle (300) pour recevoir l'éprouvette inférieure (102) dans une gorge (305) pratiquée à sa surface supérieure (302), le long de son axe longitudinal (304) et en ce que ladite semelle comporte des moyens (201, 202, 203, 204; 330, 331) pour appliquer en outre sur ladite éprouvette inférieure des sollicitations externes qui induisent des contraintes volumiques complémentaires dans ladite zone de contact entre l'éprouvette supérieure (101) et l'éprouvette inférieure (102).

2. Appareillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'application de sollicitations externes comportent des moyens pour appliquer sur l'éprouvette inférieure (102) une flèche dont la courbure est dirigée vers la surface supérieure (302) de la semelle, de telle sorte que la sollicitation ainsi exercée sur cette éprouvette inférieure induit des contraintes volumiques de traction dans la zone de contact.

3. Appareillage selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens d'application de la flèche comportent deux supports cylindriques (340) placés au centre et sous l'éprouvette inférieure (102) et deux pièces déformantes (350) placées à chacune des deux extrémités et sur cette éprouvette inférieure.

4. Appareillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'application de sollicitations externes comportent des moyens pour appliquer sur l'éprouvette inférieure (102) une flèche dont la courbure est dirigée vers une surface inférieure (303) de la semelle, de telle sorte que la sollicitation ainsi exercée sur cette éprouvette inférieure induit des contraintes volumiques de compression dans la zone de contact.

5. Appareillage selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens d'application de la flèche comportent deux supports cylindriques (340) placés à chacune des deux extrémités et sous l'éprouvette inférieure (102) et deux pièces déformantes (350) placées au centre et sur cette éprouvette inférieure.

6. Appareillage selon la revendication 3 ou la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits supports cylindriques et lesdites pièces déformantes comportent chacun un appui-couteau (343, 353) pour définir avec précision les points de contact avec l'éprouvette inférieure (102).

7. Appareillage selon la revendication 3 ou la revendication 5, caractérisé en ce que la déformée de la flèche est déterminée par l'épaisseur de cales (346) placées au niveau des pièces déformantes (350).

8. Appareillage selon la revendication 3 ou la revendication 5, caractérisé en ce que la déformée de la flèche est réglée au moyen d'un système à vis à pas très fin (205) qui agit sur les pièces déformantes (350).

9. Appareillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'application de sollicitations externes comportent des moyens pour appliquer sur l'éprouvette inférieure (102) une torsion par rapport à l'axe longitudinal (304) de la semelle, de telle sorte que la sollicitation ainsi exercée sur cette éprouvette inférieure induit des contraintes volumiques de cission dans la zone de contact.

10. Appareillage selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits moyens d'application de la torsion comportent des moyens (330) pour bloquer en rotation une première extrémité de l'éprouvette inférieure (102) et des moyens (331-336) pour appliquer une rotation d'un angle déterminé à son autre extrémité.

11. Appareillage selon la revendication 10, caractérisé en ce que lesdits moyens de blocage comportent une première pièce de maintien (330) solidaire de la semelle (300) au niveau d'un de ses côtés transversaux (324, 325) et dans laquelle est insérée la première extrémité de l'éprouvette inférieure (102).

12. Appareillage selon la revendication 10, caractérisé en ce que lesdits moyens d'application de la rotation comportent une seconde pièce de maintien (331) dans laquelle est insérée l'autre extrémité de l'éprouvette inférieure (102) et qui est entraînée en rotation par un plateau tournant (332) actionné par un ensemble vis-contrevis (333, 334) ou par des courroies et des poulies (335) agissant par l'intermédiaire d'un contrepoids (336).

13 Appareillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'application de sollicitations externes comportent des moyens pour appliquer une traction entre les deux extrémités de l'éprouvette inférieure (102), de telle sorte que la sollicitation ainsi exercée sur cette éprouvette inférieure induit des contraintes volumiques de pure traction dans la zone de contact.

14. Appareillage selon la revendication 13, caractérisé en ce que lesdits moyens d'application de la traction comportent deux pièces de maintien (330) fixées chacune sur un côté transversal (324, 325) de la semelle et qui sont traversées chacune par une extrémité filetée de l'éprouvette inférieure, deux écrous (363, 364) coopérant avec ces extrémités filetées pour exercer une traction longitudinale sur l'éprouvette inférieure (102) en prenant appui sur ces pièces de maintien de l'éprouvette.

15. Appareillage selon les revendications 2 ou 4 ou 9, caractérisé en ce que ladite semelle est fixée à l'ensemble de support et de commande de l'éprouvette inférieure par des moyens de liaison (315-318), de telle sorte que l'éprouvette inférieure est maintenue dans la direction D de débattement.

16. Appareillage selon les revendications 2 ou 4 ou 9, caractérisé en ce que ladite semelle est fixée à l'ensemble de support et de commande de l'éprouvette inférieure par des moyens de liaison (319-322), de telle sorte que l'éprouvette inférieure est maintenue dans une direction déterminée et différente de celle du débattement alternatif exercé par cet ensemble de support et de commande, par exemple perpendiculairement à la direction D de débattement.

17. Appareillage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite semelle comporte une base massive (301) dans laquelle est percée la gorge (305) et au moins une paroi de renfort (306, 323) fixée perpendiculairement à la surface inférieure (303) de cette base et destinée à éviter toute flexion indésirable de la semelle.

18. Machine d'essais de fretting comportant un appareillage d'application d'efforts selon l'une quelconque des revendications 1 à 17.