Dynamomètre

Un dynamomètre est un appareil de mesure d'une force ou d'un couple. Il utilise un ressort dont on connaît la raideur définie par le module d'élasticité, ou une cellule à jauge de déformation.


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Un dynamomètre est un appareil de mesure d'une force ou d'un couple. Il utilise un ressort (cas d'un modèle simple) dont on connaît la raideur définie par le module d'élasticité, ou une cellule à jauge de déformation. Le peson est son nom d'origine.

L'unité de force est le newton (symbole N) du nom du découvreur de la théorie de la gravitation universelle, Isaac Newton. Les multiples les plus usités sont le décanewton (daN, unité voisine en valeur du kilogramme-force) et le kilonewton (kN). La dyne (symbole dyn) est une ancienne unité de force.

Aujourd'hui la majorité des dynamomètres sont numériques et tendent à remplacer les modèles mécaniques, que ce soit en recherche-développement ou en contrôle qualité.

Dynamomètre mécanique

Schéma de principe d'un dynamomètre à ressort.

Les dynamomètres mécaniques utilisent directement le principe de la loi de Hooke.

Dynamomètre numérique

Un dynamomètre numérique est un instrument (portable ou fixe) composé d'un capteur de force, d'un système électronique et d'un afficheur.
Le capteur de force est le cœur du dispositif. Il peut être assimilé à un ressort qui se déforme selon la force appliquée. Quand ce capteur se déforme, les jauges de déformation mesurent les contraintes appliquées et émettent une tension électrique proportionnelle à la force. L'électronique du dynamomètre interprète alors cette tension pour l'afficher en unités de force.

Applications

Les dynamomètres sont aujourd'hui utilisés dans de nombreux domaines.

Machines d'essais en traction ou en compression (presse)

Évaluation de la résistance à la rupture en (traction-) cisaillement d'un joint de colle (v=10 mm/min). Le capteur de force (interchangeable ; de capacité 10 kN) est fixé sur la traverse mobile de la machine d'essais. Une chambre d'essais est visible en arrière-plan.
L'utilisation d'attaches auto-serrantes à coins est recommandée pour certains essais nécessitant des forces élevées ; cela évite le risque de glissement des extrémités de l'éprouvette.

Ces machines sont équipées d'une cellule dynamométrique à jauge de déformation. Particulièrement répandues, elles sont conçues pour apporter au laboratoire industriel ou scientifique l'analyse des propriétés mécaniques «quasi-instantanées»[1] des matériaux selon multiples paramètres de l'essai (déformation, vitesse de déformation, température, histoire thermique, etc. ).
Les capteurs de force sont pourvus d'un câble électrique terminé par un connecteur et sont rapidement interchangeables (sauf pour les gros modèles). La fréquence de leur étalonnage est fréquemment annuelle.
Les premières machines étaient reliées à un enregistreur graphique. Les plus récentes sont connectées via un boîtier-interface à un PC pourvu d'un logiciel. Ce dispositif permet le pilotage, l'acquisition, la visualisation, l'analyse numérique et graphique, l'exportation de fichiers ASCII vers un tableur, la sauvegarde et l'impression des données du test .
La traverse supérieure est fixe. La traverse mobile est entraînée par deux vis latérales, actionnées par un moto-réducteur à courant continu. La liaison entre les vis et le réducteur s'effectue par poulies et courroie synchrone en élastomère armé.
La vitesse de déformation (ou de sollicitation) v est faible (v peut fluctuer de 0, 1 à 500 mm/min ; en pratique v est fréquemment comprise entre 1 et 50 mm/min).
Des modèles renforcés (avec surtout bâti mécanique, moteur, transmission et capteur de force adaptés) peuvent réaliser des tests mécaniques mettant en jeu des forces élevées[2]. Leur capteur de force peut mesurer plusieurs centaines de kN (en traction, compression, flexion, etc. ).
Remarque : un bouton d'arrêt d'urgence doit être présent.

Exploitation de l'essai de (traction-) cisaillement pris pour exemple. Le logiciel trace en temps réel une courbe F = f (déplacement de la traverse) de ce type (détermination sur trois assemblages) [3].
Test de compression d'un cylindre en matériau composite au moyen d'une machine équipée d'un dynamomètre de 300 kN.

L'application la plus courante est la mesure de la force à la rupture (force maximale, Fm, obtenue avant d'atteindre la rupture) en traction pour savoir si un produit et/ou un montage est conforme ou non. Les résistances à la rupture en traction (Rm ou σm) ou au cisaillement (τm) ont la dimension d'une contrainte et sont déduites de la force à la rupture ; ces deux résistances sont fréquemment exprimées en MPa[4].

A titre d'exemple, on peut déterminer la force indispensable pour séparer un connecteur d'un câble, la force de fermeture d'une porte, une force d'emboîtage élastique ou évaluer la qualité d'un ressort d'amortisseur.

Remarque : une machine de traction peut être couplée à un extensomètre (de type optique, par exemple) donnant la possibilité de l'enregistrement des courbes contrainte σ = f (déformation ε) des éprouvettes soumises à une sollicitation en traction. Ainsi, il est envisageable de caractériser la souplesse du matériau utilisé par la valeur de l'allongement à la rupture A%[5].

Notes et références

  1. Les essais de choc font appel à d'autres techniques.
  2. C'est le cas par exemple d'éprouvettes en forme d'haltère en métal soumises à une sollicitation en traction ou d'éprouvettes de géométrie normalisée en béton soumises à une sollicitation en compression.
  3. Pour un essai de traction ou de cisaillement, la valeur de la résistance mécanique = Fm / S ; avec S = section ou surface, suivant le type d'essai. Le résultat de l'essai de résistance au cisaillement est fortement dépendant de l'épaisseur du joint.
  4. Les essais de pelage et de clivage sont assez peu pratiqués. Les résistances au pelage et au clivage s'expriment en N/m (force à la rupture/largeur de l'éprouvette).
  5. Qui plus est , la mesure de la contraction latérale que subit un échantillon lors d'une expérience d'élongation permet d'accéder au cœfficient de Poisson d'un corps hookéen.

Voir aussi

Lien externe

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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 11/11/2010.
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