Dans ces questions réponses, les ingénieurs en applications évoquent les défis et nuances des essais de matériaux et de composants à force élevée.
Q : Qu’est-ce qu’un système d’essais à force élevée ? Quels types d’échantillons nécessitent des essais à force élevée ?
R : En général, tout essai nécessitant plus d’un Meganewton (MN), ou 220 kip, est considéré comme un essai à force élevée. Les essais mécaniques à force élevée sont essentiels pour déterminer les propriétés de performance et de durabilité des matériaux, des composants et des sous-ensembles dans de nombreuses industries, notamment les matériaux de construction tels que le béton et l’acier, les structures civiles telles que les poutres, les colonnes et les barres d’armature, ainsi que les grands composants pour l’aérospatiale, le pétrole et le gaz, le ferroviaire et les éoliennes. En principe, si vous fabriquez un échantillon suffisamment grand, il nécessitera un essai à force élevée.
Q : Quelles sont les applications les plus courantes en matière d’essais à force élevée ?
R : Les applications à force élevée peuvent aller de la caractérisation de la résistance statique à des études complexes et dynamiques de la durée de vie. De nombreux développeurs et fabricants de produits préfèrent tester les composants à l’échelle réelle en raison des effets volumétriques : lorsqu’un échantillon de matériau devient plus grand, son comportement peut changer. Cette variabilité est particulièrement vraie pour certains matériaux, comme l’aluminium ou les composites polymères.
Q : Comment les ingénieurs utilisent-t-ils les données des essais à force élevée ?
R : Les essais à force élevée fournissent des données essentielles pour développer des structures, des composants et des produits fiables qui fonctionnent comme prévu. Les essais à force élevée étudient et déterminent les contraintes maximales des matériaux, qui peuvent être difficiles à prévoir en raison des effets volumétriques mentionnés dans la réponse précédente. La taille de l’échantillon peut grandement influencer la courbe de fatigue d’un matériau, qui est utilisée dans la conception des produits.
Les ingénieurs utilisent des essais force élevée pour déterminer si les mécanismes de rupture d’un matériau varient en fonction de la taille des échantillons, puis créent des modèles qui tiennent compte de ces variations. Pour certains matériaux, tels que les composites polymères, les essais dynamiques à force élevée aident les ingénieurs à comprendre comment le tissage et l’angle des fibres de renforcement affectent la résistance ultime et la durée de vie du matériau.
Q : Depuis combien de temps MTS fournit-il des solutions à force élevée ? Où ces solutions sont-elles déployées ?
R : Depuis plus de 50 ans, MTS résout les problèmes liés aux essais à force élevée. Nous avons été les premiers à utiliser l’hydraulique pour les essais cycliques des matériaux et les premiers à l’utiliser pour les essais à force élevée. Pour les clients, cela signifie que notre équipe comprend les implications de toutes les décisions qui doivent être prises pour obtenir une solution qui fournit les données dont vous avez besoin. Nous avons vu ce qui fonctionne et ce qui ne fonctionne pas et nous pouvons vous aider à éviter les problèmes avant qu’ils ne commencent.
MTS a déployé ces systèmes dans le monde entier pour des applications allant de la recherche fondamentale à l’identification des propriétés spécifiques des matériaux. Aujourd’hui, nous avons des systèmes dans des universités, des centres de recherche gouvernementaux et des installations de fabrication commerciales dans une large gamme d’industries, notamment l’aérospatiale, l’automobile, l’énergie et le génie civil.
Q : Quels types de systèmes MTS propose-t-il pour les applications d’essais à force élevée ?
R : MTS propose une gamme complète de systèmes d’essais standard à force élevée pour des essais allant jusqu’à 5 MN (1 100 kip) et peut également fournir des solutions sur mesure pour des exigences de capacité de force plus élevées. Dans ces cas, MTS travaille en étroite collaboration avec les clients pour concevoir et construire leur système, comme un système de 10 MN (2 200 kip) pour effectuer des essais de flexion de poutres en acier de construction, ou un système de 30 MN (6 600 kip) pour effectuer des essais de compression de colonnes en béton armé. Les systèmes d’essais peuvent se présenter sous une orientation traditionnelle verticale ou horizontale.
Q : Quels sont les avantages d’une orientation horizontale ou verticale ?
R : Cela dépend de l’échantillon qui fait l’objet des essais. Un client qui teste des câbles de grande longueur ou des oléoducs, par exemple, peut avoir plus de facilité à charger l’échantillon dans un cadre horizontal à l’aide d’un pont roulant. À l’inverse, un essai de compression utilisant des plateaux est beaucoup plus facile à réaliser dans un bâti vertical où l’utilisateur peut placer et aligner correctement l’échantillon sur le plateau inférieur, ce qui serait presque impossible à faire dans un cadre horizontal.
Bâti de charge horizontal pour essais à force élevée
Q : Les essais à force élevée nécessitent-ils des mors spéciaux ?
R :Oui. Nos mors sont dimensionnés et conçus pour réduire la masse pour les essais dynamiques à force élevée. Ils sont conçus pour être légers afin d’améliorer les performances et d’offrir aux clients la plus large gamme possible de fréquences et de force maximale. Des mors légers permettent d’éviter de gaspiller beaucoup d’énergie pour obtenir les mêmes résultats.
Les mors de masse réduite à force élevée offrent une large gamme de fréquences et une force maximale.
Q : Comment mesurez-vous la force appliquée aux échantillons ?
R : La mesure précise de la force à ces charges élevées est un défi unique, et nous avons plusieurs solutions différentes. MTS peut fabriquer des capteurs de force sur mesure pour des essais à force élevée jusqu’à 30 MN. Ces capteurs de force de grande capacité sont dotés d’une conception multi-colonnes qui résiste aux forces et aux moments étrangers pour une plus grande précision et une rigidité latérale élevée. Nous proposons également une solution moins coûteuse qui utilise un capteur de pression pour calculer la force appliquée en fonction de la surface du piston du vérin. Ce capteur « Delta P » est facile à installer et à étalonner et présente une précision similaire à celle d’un capteur de force pour les forces élevées.
Capteur de force 30 MN (6 500 kip) MTS
Q : Comment maintenez-vous un alignement correct dans les solutions d’essais à force élevée ?
R :L’alignement est essentiel car toute flexion de l’échantillon compromettra la qualité des données. Nos bâtis de charge présentent un alignement supérieur du système, ce qui minimise la contrainte de flexion pour améliorer la précision des essais et réduire la dispersion des données. En outre, nous proposons des dispositifs d’alignement pour nos solutions standard (jusqu’à 1 MN) qui permettent de détecter facilement si une partie du train de charge d’un échantillon entièrement instrumenté est désalignée.
Q : Comment les bâtis de charge à force élevée de MTS se comparent-ils aux autres solutions à force élevée du marché ?
R : De nombreux perfectionnements de la conception, issus de décennies de satisfaction des besoins du monde réel, placent les systèmes à force élevée de MTS dans une catégorie à part. Par exemple, la traverse soudée a une conception en forme de « baignoire » qui contient le vérin du système, ce qui minimise la distance entre le roulement et la base d’essai pour fournir des résultats plus précis. Les distributeurs hydrauliques (HSM) sont montés directement sur le châssis et nous utilisons l’accumulation locale à couplage étroit si nécessaire. Les colonnes lisses du système avec des pinces intégrées à la traverse permettent un réglage rapide de la hauteur de la traverse. Tous ces éléments de conception se traduisent par une utilité et une robustesse inégalées du système, ainsi que par sa capacité à effectuer des essais de fatigue à la force nominale du bâti pendant de très longues périodes.
Q : Les systèmes de bâtis de charge à force élevée présentent-ils des défis uniques en matière d’installations ?
R : Oui, cela peut être très difficile. Nous avons dû enlever des toits de bâtiments et déplacer des systèmes à l’aide d’une grue. L’installation de ces solutions d’essais à force élevée requiert généralement une expertise approfondie en matière d’intégration de systèmes. Par exemple, nous avons livré un système de 30 MN à une installation de Taïwan où nous avons intégré des composants conçus à Minneapolis et fabriqués par des fournisseurs du monde entier. Même pour les petits systèmes à force élevée, la conception des installations joue un rôle important. La plaque de base du système doit souvent être intégrée au sol du bâtiment. Nous avons l’expérience pour guider les clients tout au long du processus, afin qu’ils comprennent comment préparer l’installation pour une installation et des opérations d’essais réussies.
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