La méthode du trou borgne (hole drilling) est une méthode mécanique semi-destructive pour mesurer les contraintes résiduelles en utilisant des rosettes d’extensométrie. La méthode permet de conduire une analyse expérimentale à bas coût de l’état de sollicitation dans des matériaux et des positions différentes. En termes de coût, de précision et de polyvalence, la méthode du trou est en effet considérée l’une des méthodes semi-destructives les plus indiquées, universellement reconnues et appliquées dans le domaine industriel pour la mesure des sollicitations résiduelles.
La méthode du trou consiste à réaliser un petit trou en utilisant une technique de perçage haute vitesse développée à cet effet au milieu d’une rosette spéciale d’extensométrie avec au moins 3 grilles. 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, ces dernières sont élaborées afin d’évaluer les contraintes résiduelles présentes dans la pièce à l’origine.
La méthode extensométrique du trou borgne est standardisée à l’échelle internationale par la norme ASTM E837-20 “Standard Test Method for Determining Residual Stresses by the Hole-Drilling Strain-Gage Method”.
La norme ASTM E837-20 spécifie le nombre d’intervalles de perçage exigés, les coefficients numériques pour calculer les contraintes résiduelles, la méthode d’élaboration des données et certaines considérations sur les incertitudes typiques de mesure liées à la méthode. La norme ASTM E837-20 spécifie aussi en détail la procédure d’exécution de tout l’essai dès les premiers microns sous la surface, afin de déterminer le profil de contrainte en profondeur valide pour un matériau isotrope linéaire et élastique. La norme comprend aussi toutes les exigences en termes de spécifications minimales de la chaîne de mesure, des informations pratiques pour la gestion du processus de perçage et d’acquisition des déformations pour chaque pas, des détails sur les algorithmes de calcul à utiliser et enfin les coefficients de calcul pour l’évaluation des contraintes résiduelles.
Depuis 2010, SINT Technology est certifié conforme à la norme ISO/IEC 17025:2017 par l’organisme accréditeur ACCREDIA sous le numéro d’accréditation 910 pour l’exécution de mesures des contraintes résiduelles par la méthode extensométrique du trou borgne, en laboratoire et sur le terrain, conformément à la norme ASTM E837.
Afin d’évaluer les contraintes résiduelles dans toutes les conditions d’essai, SINT Technology a développé son propre logiciel, EVAL, également utilisé pour ses services de mesure et s’adressant spécialement à ceux qui ont pour exigence de dépasser les limites typiques de la méthode du trou indiquées par la norme ASTM dans le cadre de l’épaisseur intermédiaire, de corriger les principales sources d’erreur expérimentale dans la mesure (erreurs dues à l’excentricité du trou/de la rosette et au petit chanfrein/raccord au fond du trou, et d’utiliser des algorithmes spécifiques pour évaluer l’incertitude de mesure.
Conformément à la norme ASTM, il y a 3 configurations possibles de perçage, selon le diamètre moyen de la rosette d’extensométrie et de la fraise correspondante:
- En utilisant une fraise d’environ 0,8 mm/1,0 mm, en union avec une rosette d’extensométrie d’un diamètre de 1/32′ (environ 2,56 mm), la méthode peut être utilisée pour évaluer les contraintes résiduelles jusqu’à une profondeur totale de 0,5 mm avec une résolution optimale des pas de calcul près de la surface de la pièce.
- En utilisant une fraise d’environ 1,8 mm/2,0 mm, en union avec une rosette d’extensométrie d’un diamètre de 1/16′ (environ 5,10 mm), la méthode offre une bonne profondeur d’analyse jusqu’à 1,0 mm de profondeur avec une bonne résolution des pas près de la surface de la pièce. La majeure partie des rosettes d’extensométrie disponibles sur le marché appartient à cette catégorie. C’est la configuration d’essai la plus commune.
- En utilisant une fraise d’environ 3,8 mm/4,0 mm, en union avec une rosette d’extensométrie d’un diamètre de 1/8′ (environ 10,26 mm), la méthode peut être utilisée pour évaluer la contrainte résiduelle jusqu’à une profondeur maximale totale de 2,0 mm, mais avec une résolution inférieure des pas de calcul près de la surface de la pièce.
SINT Technology est en mesure d’offrir un service de mesure dédié en utilisant la méthode du trou, aussi bien en laboratoire que directement sur le terrain. Cette méthode peut être appliquée à différents matériaux comme les métaux standard, les alliages techniques avancés, les matériaux polymères et composites.
De plus, pour les applications spéciales ou non standard, SINT Technology peut personnaliser la méthode du trou en utilisant des rosettes spécialement réalisées en dimension supérieure par rapport à celles sur le commerce (Méthode du trou personnalisée). De cette manière, il est possible d’obtenir le calcul des contraintes résiduelles jusqu’à une profondeur maximale d’environ 10,0 mm en réalisant un trou de diamètre supérieur: cette méthode permet d’obtenir un profil complet de contrainte jusqu’à une profondeur élevée sans recourir à des méthodes plus complexes et bien plus coûteuses.
En fonction des dimensions de la rosette personnalisée utilisée dans la mesure, SINT Technology est capable de calculer les matrices des coefficients plus opportuns pour réaliser le calcul des contraintes résiduelles uniformes ou non-uniformes dans l’épaisseur en présence de ces conditions non standard.
Lectures complémentaires et articles scientifiques
- ASTM E837-20. Standard Test Method for Determining Residual Stresses by the Hole-Drilling StrainGage Method. West Conshohocken, PA: ASTM International, West Conshohocken; 2020. Available from: www.astm.org
- Emilio Valentini, Lorenzo Bertelli, Alessio Benincasa and Simone Gulisano (December 13th 2019). Recent Advancements in the Hole-Drilling Strain-Gage Method for Determining Residual Stresses, IntechOpen, DOI: 10.5772/intechopen.90392. Available from: https://www.intechopen.com/online-first/recent-advancements-in-the-hole-drilling-strain-gage-method-for-determining-residual-stresses
- Valentini E, Bertelli L, Benincasa A. Improvements in the hole-drilling test method for determining residual stresses in polymeric materials. Materials Performance and Characterization. 2018;7(4):446-464. DOI: 10.1520/MPC20170123 ISSN 2379-1365
- 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, M.Scafidi, B.Zuccarello, M.Beghini, L.Bertini, C.Santus E.Valentini, A.Benincasa, L.Bertelli, The hole-drilling strain gauge method for the measurement of uniform or non-uniform residual stresses AIAS TR-01:2010 AIAS Working Group on Residual, 2010, https://www.mts3000.com/pdf/AIAS_TR_01_2010_2.pdf