Mesure des tensions résiduelles

Définition et mesure des tensions résiduelles

Toutes les sollicitations qui surgissent dans les matériaux, même en absence de charges extérieures, sont dites tensions résiduelles. Les tensions résiduelles peuvent donc être présentes à l’origine dans le composant, même à notre insu: comme toute autre tension, elles se composent aux sollicitations induites par les charges appliquées. Il s’en suit que les tensions résiduelles influencent le comportement des composants mécaniques et peuvent donc en compromettre la stabilité structurelle, dimensionnelle, et la résistance à la cassure et à la fatigue: en effet, un état de tension résiduelle de traction facilite la propagation d’une fissure éventuelle et donc réduit la vie sous fatigue d’un composant mécanique. Les tensions résiduelles limitent donc la capacité de charge et la sûreté des composants mécaniques durant leur exercice, et peuvent trouver une réponse efficace uniquement si elles sont connues aussi bien quantitativement que qualitativement.

Modalité de mesure des tensions résiduelles: les méthodes avec extensomètre

La mesure des tensions résiduelles avec des méthodes utilisant un extensomètre peut être semi-destructive ou destructive; les méthodes les plus importantes sont les suivantes:

• Enlèvement consécutif de couches (Layer removal)
• Méthode de Sachs (perçage interne)
• Méthode du sectionnement (Sectioning method)
• Méthode de l’extensomètre foré (Hole drilling method)
• Méthode de la gorge annulaire (Ring core method).

Mesure des tensions résiduelles avec méthode de l’extensomètre foré

Parmi les méthodes de mesure des tensions résiduelles nous trouvons la “méthode de l’extensomètre foré”, une technique non invasive caractérisée par un soin optimal uni à un bas coût d’application. Le principe à la base de cette méthode est celui d’altérer l’équilibre de l’état de la tension à travers un trou de dimensions réduites – en général 1,8mm x 2mm – pour ensuite mesurer la déformation induite à travers l’utilisation d’un extensomètre électrique à rondelle et obtenir par conséquent le mesurage des tensions résiduelles.

Schéma du processus de mesure des tensions résiduelles avec méthode de l’extensomètre foré

Le processus utilisé pour relever les tensions résiduelles à l’intérieur des matériaux avec méthode de l’extensomètre foré est le suivant:

• application d’extensomètre foré à trois grilles radiales <;/li>
• application d’un trou, passant ou borgne, centré avec l’extensomètre ;
• mesure des déformations produites par le relâchement des tensions résiduelles;
• calcul des tensions résiduelles au moyen de l’élaboration des déformations mesurées.

SINT Technology produit et commercialise le système MTS3000 ou RESTAN (Residual Stress Analyzer) qui permet de réaliser les mesures de tension résiduelle avec la méthode du trou et d’élaborer les données acquises au moyen de quatre systèmes de calcul possibles qui sont:

• Standard ASTM E837-08 (tensions uniformes)
• Standard ASTM E837-08 (tensions non uniformes)
• Méthode Intégrale
• Méthode de Kockelmann

En particulier, le standard ASTM E837-08 est le seul standard existant dans le domaine de la  mesure des tensions résiduelles.

Importance de la mesure des tensions résiduelles

La mesure des tensions résiduelles est importante en particulier dans le domaine du projet des composants mécaniques, car elle permet de relever des données utiles à réaliser des décisions fondamentales sur les modalités de façonnage des matériaux.  Cet aspect est important surtout pendant toutes les phases qui peuvent modifier la structure, la forme et les dimensions des composants dans le but d’éliminer la manifestation de la rupture du matériel, de l’arrêt des machines ou des mauvais fonctionnements mécaniques.  .