Mode de fonctionnement

La méthode de la gorge annulaire (ring core) permet une mesure expérimentale précise des contraintes à une profondeur d’investigation supérieure à celle maximale permise par d’autres méthodes traditionnelles (trou percé, rayons X etc.).

Elle est considérée comme étant une méthode mécanique semi-destructive pour mesurer les contraintes résiduelles en utilisant une rosette d’extensométrie adaptée.

La méthode de la gorge annulaire, comme toutes les méthodes mécaniques employées dans la mesure des contraintes résiduelles, se fonde sur le retrait du matériau du composant pour libérer les sollicitations puis perturber l’équilibre des sollicitations résiduelles; le matériau restant du composant se déforme en conséquence pour rétablir l’équilibre. Ces déformations sont acquises en utilisant une rosette d’extensométrie: des corrélations mathématiques permettent de recalculer la sollicitation résiduelle présente à l’origine.
Les techniques semi-destructives n’enlèvent qu’une petite quantité de matériau du composant et maintiennent ainsi leur intégrité structurelle globale intacte pour les essais successifs, les réparations et/ou l’utilisation.

Plus précisément, la méthode du ring core consiste à réaliser une gorge annulaire en utilisant un moteur électrique pour induire une altération de l’état de sollicitation, qui implique un changement et une redistribution des contraintes au sein de la structure. Cette variation peut être mesurée par rosette à trois grilles d’extensométrie, par l’acquisition et l’élaboration des données pour obtenir la valeur des contraintes résiduelles.

Étant donné le rapport entre coût et profondeur des analyses, cette méthode est l’une des méthodes non destructives les plus efficaces pour mesurer les sollicitations résiduelles: en exécutant une gorge d’un diamètre intérieur de 14 mm et d’un diamètre extérieur de 18 mm, on peut évaluer les sollicitations résiduelles jusqu’à une profondeur totale d’environ 5 mm.

Les étapes suivantes illustrent un essai ordinaire complet en utilisant la méthode de la gorge annulaire:

• Installation d’une rosette d’extensométrie à trois grilles et protection relative des éléments sensibles
• Positionnement du dispositif de perçage dans la zone de mesure, passage des câbles de la rosette d’extensométrie à partir de l’arbre creux et détermination de la position zéro par le contact électrique
• Perçage d’une gorge annulaire autour de la rosette d’extensométrie
• Mesure des déformations causées par le relâchement du matériau
• Calcul des contraintes résiduelles à partir des déformations mesurées

La méthode extensométrique de la gorge annulaire n’a pas encore été standardisée à l’échelle mondiale, mais il existe différentes procédures reconnues dans de nombreuses applications industrielles (par exemple la méthode KWU) pour l’évaluation des sollicitations résiduelles principalement à l’intérieur des pièces forgées.

Les principaux avantages de cette méthode sont:

• Une profondeur d’investigation supérieure
• Une meilleure sensibilité de la rosette
• Une influence moindre des erreurs éventuelles d’excentricité

De nombreux travaux scientifiques et activités expérimentales sur l’évaluation des contraintes résiduelles avec la méthode de la gorge annulaire sont également disponibles, sur la base des différentes stratégies de calcul. La méthode intégrale permet notamment d’estimer les champs de sollicitation résiduelle : dans ce cas, grâce à la collaboration d’universités renommées, les coefficients numériques ont été estimés avec la méthode des éléments finis (MEF) pour déterminer la valeur des sollicitations résiduelles à partir des déformations mesurées.

Grâce aux nombreuses années d’expérience dans la mesure avec extensomètre, dans la conception de projet mécanique et le développement de logiciels, SINT Technology a développé et breveté un système complètement automatisé (MTS3000-RingCore) pour mesurer et calculer les sollicitations résiduelles avec cette méthode.