Dynamometre

Dynamomètre

Un dynamomètre est un appareil de mesure d'une force ou d'un couple. Il utilise un ressort (cas d'un modèle basique) 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) et le kilonewton (kN). La dyne (symbole dyn) est une ancienne unité de force.

Aujourd'hui la plupart des dynamomètres sont numériques et tendent à remplacer les dynamomètres 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 dispositif électronique et d'un afficheur.
Le capteur de force est le cœur du système. Il peut être assimilé à un ressort qui se déforme en fonction de la force appliquée. Lorsque 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 de nos jours 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. Très répandues, elles sont conçues pour fournir au laboratoire industriel ou scientifique l'analyse des propriétés mécaniques « quasi-instantanées »^[1] des matériaux en fonction de multiples paramètres de l'essai (déformation, vitesse de déformation, température, histoire thermique, etc.).
Les capteurs de force sont munis d'un câble électrique terminé par un connecteur et sont rapidement interchangeables (sauf pour les gros modèles). La fréquence de leur étalonnage est souvent annuelle.
Les premières machines étaient reliées à un enregistreur graphique. Les plus récentes sont connectées via un boîtier-interface à un PC muni d'un logiciel. Ce système 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 varier de 0,1 à 500 mm/min ; en pratique v est souvent comprise entre 1 et 50 mm/min).
Des modèles renforcés (avec notamment 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 traçe 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, F_m, obtenue avant d'atteindre la rupture) en traction afin de savoir si un produit et/ou un montage est conforme ou non. Les résistances à la rupture en traction (R_m ou σ_m) ou au cisaillement (τ_m) ont la dimension d'une contrainte et sont déduites de la force à la rupture ; ces deux résistances sont souvent exprimées en MPa^[4].

Par exemple, on peut déterminer la force nécessaire 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) permettant l'enregistrement des courbes contrainte σ = f(déformation ε) des éprouvettes soumises à une sollicitation en traction. Ainsi, il est possible de caractériser la souplesse du matériau utilisé par la valeur de l'allongement à la rupture A%^[5].

Notes

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 = F_m / 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. ↑ De plus, la mesure de la contraction latérale que subit un échantillon lors d'une expérience d'élongation permet d'accéder au coefficient de Poisson d'un corps hookéen.

Annexes

Articles connexes

• Peson
• Jauge de déformation
• Balance
• Clé dynamométrique
• Essai mécanique
• Extensomètre
• Ténacité, une propriété qui dépend de la contrainte (ou résistance) à la rupture
• Analyseur mécanique dynamique ou DM(T)A, un instrument équipé d'un capteur de force et dédié à l'analyse des matériaux viscoélastiques tels les matières plastiques.
• Électrodynamomètre pour mesurer l'intensité d'un courant électrique.

Liens externes

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• Dynamomètres, sur Wikimedia Commons (ressources multimédia)

• Exemples de dynamomètres et d'applications disponibles sur le site du fabricant français Andilog Technologies.

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