Article paru en mai 2001Caractérisation des matériaux : une seule machine pour trois axes
Multicompétences > Il arrive que les essais de caractérisation en traction ou compression ne suffisent pas pour connaître un matériau avec précision. Aussi, le CEA s'est équipé d'une machine d'essais multiaxiaux (traction ou compression, torsion et pression interne) pour étudier plus finement les réactions des métaux. Cette machine se distingue, entre autres, par des vitesses de sollicitations qui peuvent atteindre 100 mm/s. Elle a été enrichie récemment par une nouvelle fonction : la vision en trois dimensions d'un champ de déformation.
Conçue par la société MTS pour les besoins internes du CEA, la machine d'essais multiaxiaux a déjà éveillé l'intérêt des industriels venus la découvrir. En effet, cet outil permet d'étudier la résistance des métaux à trois types d'efforts : la traction ou la compression, la torsion et la pression interne.
Généralement, les essais de caractérisation des matériaux se font sur un seul axe (traction-compression) et les résultats sont extrapolés à d'autres sollicitations."Jusqu'ici, nous calculions des équivalences de comportement avec des codes de calcul, explique José Farré, ingénieur de recherche au CEA et initiateur de la machine. Mais en fait la réalité est plus complexe, et notre machine permet précisément de tester les matériaux sous des contraintes réelles."
A titre d'exemple, il est possible de déterminer avec précision la résistance d'une tuyauterie de gaz à des efforts simultanés de traction et de pression, jusqu'à 1000 bars ! De plus, ce système de mesure très précis permet de travailler aussi bien sur des métaux mous (comme l'aluminium pur) que durs (tungstène), en passant par les alliages et les composites.
Et ce n'est pas tout : deux caméras numériques viennent de s'ajouter à l'arsenal des appareils de mesure existants. Elles permettent d'obtenir une vision en trois dimensions du champ de déformation d'un tube soudé ; ou de montrer l'apparition et la progression d'une zone de fracture très restreinte, ce qui n'était possible précédemment que via des modèles compliqués et un code de calcul.
De nombreux essais uni-axiaux de compression et de traction sont réalisés chaque jour, jusqu'à des vitesses de sollicitation très importantes (100 mm/s). Les essais de torsion et surtout les essais sur plusieurs axes de contraintes simultanés, plus coûteux, sont moins courants. Heureusement, un seul essai fournit de nombreux renseignements ! "Nous parvenons à obtenir un degré de raffinement important dans nos résultats, précise José Farré. Ceux-ci nous permettent de développer des modèles mathématiques pour retranscrire le comportement des métaux sous n'importe quelle sollicitation".
Grâce à l'adaptabilité de la machine, les tests peuvent être menés directement sur des pièces réelles et non sur une éprouvette standard. Si la pièce présente une géométrie particulière, il est donc possible de construire l'outillage ad hoc.
