La méthode de la gorge annulaire (ring coring) est une méthode mécanique considérée semi-destructive pour mesurer les contraintes résiduelles en utilisant des rosettes d’extensométrie. La méthode permet d’avoir une profondeur élevée d’analyse des sollicitations résiduelles (jusqu’à 5 mm) avec un des meilleurs rapports entre coût et profondeur d’investigation.
La méthode de la gorge annulaire consiste à réaliser une gorge autour d’une rosette d’extensométrie spéciale à 3 grilles superposées, en utilisant un moteur électrique dédié pour le perçage. Le perçage est incrémental en profondeur: après chaque phase de perçage, les déformations générées sont acquises par un amplificateur numérique d’extensométrie dédié. Une fois que toutes les courbes de déformation ont été acquises, les données sont élaborées afin d’évaluer la contrainte résiduelle présente dans la pièce à l’origine.
La dimension de la gorge est environ 18 mm x 14 mm (diamètre extérieur et intérieur) et d’une profondeur normalement comprise entre 4 et 5 mm. La méthode permet en outre de calculer les contraintes résiduelles uniformes et non uniformes à travers l’épaisseur d’investigation.
Ce type de mesure présente des avantages non négligeables par rapport aux autres techniques de mesure des contraintes résiduelles avec un extensomètre: en premier lieu, pour un même champ de sollicitation résiduelle, la méthode de la gorge annulaire produit un signal de déformation supérieur (environ 3-4 fois plus grand qu’avec la méthode du trou borgne), c’est pourquoi elle garantit une meilleure précision de mesure des déformations. De plus, la méthode a une sensibilité inférieure à l’erreur d’excentricité.
La méthode extensométrique de la gorge annulaire n’a pas encore été standardisée à l’échelle mondiale, mais il existe différentes procédures reconnues pour des applications industrielles spécifiques (par exemple la méthode KWU) pour l’évaluation des contraintes résiduelles (principalement sur de grandes pièces forgées). Dans ces composants, la présence d’une petite gorge à la surface (qui peut éventuellement être éliminée ensuite par un usinage tangentiel) ne modifie par l’intégrité et la fonctionnalité de la partie mécanique.
Par analogie avec la méthode du trou borgne, il existe aussi une documentation riche en articles scientifiques et en activités de recherche expérimentale sur l’évaluation des contraintes résiduelles par la méthode de la gorge annulaire en utilisant différentes stratégies de calcul. La méthode intégrale permet notamment d’estimer les champs de contrainte résiduelle : dans ce cas, grâce à la collaboration des universités du monde entier les plus référencées en la matière, les matrices des coefficients numériques ont été estimées avec la méthode des éléments finis (MEF) pour la détermination des sollicitations résiduelles.
Grâce aux nombreuses années d’expérience dans la mesure extensométrique, aux compétences acquises dans la conception de projet mécanique et dans le développement de logiciels, SINT Technology a développé et breveté un système complètement automatisé MTS3000-RingCore, pour mesurer les contraintes résiduelles avec la méthode de la gorge annulaire.
Grâce à son design renouvelé, le dispositif MTS3000-RingCore peut être utilisé pour les mesures en laboratoire mais aussi pour les activités sur le terrain, et il permet une mesure rapide, simple et fiable des contraintes résiduelles. Par conséquent, cette technologie unie à la présence d’ingénieurs experts garantit d’obtenir les meilleurs résultats pour les exigences les plus variées. Les ingénieurs de SINT Technology sont une assurance d’expérience et de compétence dans la mesure des contraintes résiduelles grâce à leur connaissance technique approfondie du système MTS3000-RingCore, car ils sont directement impliqués dans la gestion du processus de production, d’assemblage, d’étalonnage et d’essai de l’instrument.
Lectures complémentaires et articles scientifiques
- Barsanti, M., Beghini, M., Santus, C., Benincasa, A., & Bertelli, L. (2018). Integral method coefficients for the ring-core technique to evaluate non-uniform residual stresses. The Journal of Strain Analysis for Engineering Design, 53(4), 210–224. https://doi.org/10.1177/0309324718760438
- Schajer GS, Whitehead PS. Hole-drilling and ring coring. In: Schajer GS, editor. Chapter 2 in Practical Residual Stress Measurement Methods. Chichester, UK: Wiley; 2013. pp. 29-64
- Ajovalasit, A., Petrucci, G., Zucarello, B. “Determination of Nonuniform Residual Stresses Using the Ring-Core Method”, Journal of Engineering Materials and Technology, Volume 118, Issue 2, pp 224-228, 1996.
- Zuccarello, B. “Optimization of depth increment distribution in the ring-core method”, Journal of Strain Analysis for Engineering Design, Volume 31, Number 4, pp 251-258, 1996.
- Zuccarello, B., Menda, F. & Scafidi, M. Error and Uncertainty Analysis of Non-Uniform Residual Stress Evaluation by Using the Ring-Core Method. Exp Mech 56, 1531–1546 (2016). https://doi.org/10.1007/s11340-016-0150-5
- Valentini E, Benincasa A, Bertelli L (2011) An automatic system for measuring residual stresses by Ring-core method, Italian stress analysis association, 40th National Congress, University of Palermo