MTS3000 - Système automatique pour déterminer les contraintes résiduelles à partir des jauges de contraintes

Le comportement des structures ou composants soumises à des charge est influencé par les contraintes résiduelles qui exitent dans ces structures sans qu'aucun signe extérieure ne soit visible. Par conséquence, il faut déterminer les contraintes existantes dans le composant pour les prendre en compte lors du dimensionnement de la pièce.

Pour déterminer ces contraintes résiduelles, la méthode du trou est une des méthodes courament employée. Pour cela, l'opérateur utilise une petite fraise de 1,6 mm de diamètre montée sur une machine de perçage spécifique et appropriée à cette méthode. Il peut ainsi percer l'objet et tous les changements de contrainte qui se produisent seront alors mesurés par les jauges.

SINT Technology, et HBM, propose un sytème complet constitué de la machine MTS3000 et de l'amplificateur de mesure QuantumX qui rend ce procédé facile et efficace. Une turbine tournant à 300 000 tr/mn permet d'effectuer parfaitement le perçage grâce à une avance de la fraise réalisée par un moteur pas à pas. Les contraintes résiduelles varieront selon les différents pas de perçage du trou et seront enregistrées par les jauges de contrainte du type rosettes, spécialement conçues pour cela.

Le traitement du signal est entièrement numérique. En complément du système de perçage et de l'unité de commande, un logiciel est livré avec quatre méthodes d'évaluation en conformité avec les normes existantes. Le système est entièrement piloté par PC. Cela lui confère un degré élevé de précision ainsi qu'une bonne reproductibilité.

Regardez la vidéo sur le MTS3000 :

Uniform Stress Method [Standard ASTM E 837-13]

Cette méthode, décrite dans la norme ASTM E 837-13, est fondée sur l'hypothèse que les contraintes ne varient pas selon la distance par rapport à la surface du spécimen. Pour cette raison, la méthode ne considère pas la résolution spatiale. Néanmoins, quand les contraintes résiduelles sont uniformes, c'est la meilleure méthode à choisir, parce qu'elle est moins sensible aux effets des erreurs d'essai.

Elle fournit également une estimation rapide du niveau moyen de contraintes résiduelles à l’intérieur du  spécimen ; c'est pourquoi ce type de calcul est universellement employé et accepté.

Non-Uniform Stress Method [Standard ASTM E 837-13]

Cette méthode, décrite dans la norme d'ASTM E 837-13, présente le calcul des contraintes non-uniformes. Les pas et la profondeur de perçage sont fixés par cette norme et le processus de calcul se rapporte à la méthode intégrale (voir ci-dessous pour plus de détails) avec la régularisation de Tikhonov de manière à réduire les erreurs aléatoires dans les contraintes calculés.

L'ASTM E 837-13 est la seule norme complète sur les contraintes résiduelles disponibles au niveau mondial.

Schwarz-Kockelmann’s method

La méthode Kockelmann est basée sur la théorie qu'il y a une fonction de corrélation entre la dérivée de la contrainte et la distribution de la déformation exprimés en fonction de la profondeur du trou. Le lien est constitué par une paire de coefficients (Kx et Kx), calculés sur un modèle de simulation, qui relie la déformation et la contrainte.

De ces valeurs de contrainte, il est possible de calculer les contraintes principales et l'angle en employant le cercle de Mohr.

Integral Method

Cette méthode, proposée par G.S. Schajer, fournit une analyse séparée des contraintes résiduelles à chaque incrément de profondeur du trou percé. Dans cette méthode, les contributions de toutes les relaxations mesurées de contrainte à toutes les profondeurs sont considérées simultanément en donnant une résolution dans l’espace plus élevée que les autres méthodes.

Pour simplifier le problème de l'évaluation de la contrainte résiduelle, Schajer a proposé que le champ de contrainte pourrait être décrit au moyen de fonctions par étapes dont la valeur est constante à travers les profondeurs partielles du trou. En utilisant cette hypothèse, Schajer a établi des coefficients numériques qui sont employés pour le calcul. La profondeur maximum pour laquelle la méthode peut être employée est de 0.5 fois le rayon moyen de la jauge - rosette employée pour l'essai.

La méthode intégrale devrait être choisie quand on s'attend à ce que les contraintes résiduelles changent de manière significative avec la profondeur ; cependant elle a également la sensibilité la plus élevée aux erreurs de tests.

 

 

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