6 nov. 2013

Essais de fatigue Part 3 - Les mousquetons

Partie 1 - Rupture et fatigue - clique là (FRA)
Partie 2 - L'usure du matériel - ici (FRA)
Partie 3 - Fatigue des mousquetons - par là (FRA)
Partie 4 - Fatigue façon trickline - de ce côté (FRA / ENG)
Partie 5 - Test RFT - juste là (FRA/ENG)

Rupture à 12kN - 3614 cycles
Vous êtes nombreux à lire ces petits billets sur la fatigue des connecteurs en slackline.
Nous allons poursuivre notre voyage au royaume de la rupture, et surtout au royaume de la rupture en jumpline.

Au risque de me répéter, notre but est d'essayer de caractériser la fatigue de nos mousquetons, et éventuellement de nos autres connecteurs par déduction lorsque ceux-ci sont soumis à une oscillation de force plus ou moins forte, de manière répétitive.

Test de fatigue oculaire...
Nous avons donc complété nos premières données d'une dernière campagne de tests, en nous concentrant sur les mousquetons, formidables petits connecteurs bien pratiques (mais certes plus fragiles qu'une bonne vieille manille). Nous (n')en avons cassé (que) 4 (de plus).

Les résultats :
Mousqueton 1 : 12kN - 3614 cycles
Mousqueton 2 : 12kN - 3356 cycles
Mousqueton 3 : 15kN - 3812 cycles -> oui vous avez bien lu, nous reviendrons sur celui-ci.
Mousqueton 4 : 21kN - 1226 cycles

A rapprocher de nos précédents résultats :
Mousqueton -1 : 12kN > 3000 cycles
Mousqueton -2 : 18kN - 1710 cycles
Mousqueton -3 : 27,9kN - rupture 0 cycle, ou 1 cycle.

Vers 3000 cycles à 12kN, quelque chose d'étrange
Discussion :
Visuellement :
Sur les 2 graphiques de rupture à 12kN, nous observons un pic aux alentours des 3000cycles. Cela doit correspondre à une détérioration partielle du mousqueton, mais avec néanmoins une tenue de celui-ci au test encore quelques centaines de cycles. Il doit s'agir de l'ergot qui retient le doigt qui se fissure ou se rompt. L'autre partie du mousqueton tient un certain temps, comme s'il était ouvert finalement.
Le super mousqueton à 15kN - Ergot cassé comme les autres
Nous pouvons en déduire avec toute la prudence requise qu'un examen visuel de l'ergot du mousqueton permettrait de voir venir une rupture. En effet, c'est cette partie du mousqueton qui s'est cassée à chaque essai de fatigue, causant la rupture finale à terme.

Statistiquement :
Tous les mousquetons ont cassé dans une certaine logique par rapport aux autres, sauf celui testé à 15kN qui a plus tenu que les autres.
On note aussi une disparité entre les 2 tests à 12kN avec 300 cycles de différences.
Avec ces résultats, nous percevons toute la tâche à accomplir pour caractériser correctement une famille de connecteurs. Avec 7 mousquetons testés, dont 6 utilisables sur une même courbe, il fallait s'attendre à des disparités.
De toute évidence, le mousqueton à 15kN était plus résistant à la fatigue que les autres, par conséquent sur d'autres tests, il faudrait s'attendre statistiquement à des mousquetons moins résistants.
Voici les résultats plaqués sur une courbe, avec une première courbe de tendance en exponentielle déduite des différents points (à prendre avec des pincettes). C'est apparemment ce qu'on appelle une courbe de Wöhler
J'ai laissé le logiciel calculer cette courbe de régression linéaire, le coefficient de corrélation à 0,9 indique une tendance relativement forte (plus c'est proche de 1 mieux c'est), montrant qu'on pourrait croire une telle tendance.
La courbe donnerait une idée de la résistance moyenne à la fatigue pour une force donnée
En croyant aveuglément cette courbe, nous pourrions dire qu'un mousqueton testé à 5kN cassera aux alentours de 8000 cycles. Mais nous n'avons pas testé de mousquetons à moins de 12kN. Pourquoi ? Parce que plus vous testez un mousqueton longtemps, et plus le prix du test augmente. Nous le ferons peut-être dans une dernière campagne de test.
De ce point de vue, nous avons une bonne vision du comportement dans la première moitié de la limite du rupture du mousqueton (la zone > à 12kN), et pas dans l'autre, ce qui est un problème car la plupart de nos utilisateurs utilisent les mousquetons dans cette zone.
Après avoir échangé avec un spécialiste de la fatigue des matériaux, nous nous sommes aperçus que la plupart de nos tests pouvaient totalement se situer dans la limite de plasticité de nos mousquetons. C'est une limite qui se définit par la limite d'élasticité de l'alliage du mousqueton. Passée cette limite de force (dimensionnée la plupart du temps à 50% de la limite de rupture) la fatigue serait exacerbée par les déformations non réversibles de la pièce.
Cela voudrait donc dire que la courbe obtenue pour l'instant est une approche sécuritaire dans le sens où si les mousquetons sont utilisés sous les 50% de la limite de rupture, alors ils sont sous la limite de plasticité, et donc tiennent encore plus que ce que la courbe nous donne.
Une bonne nouvelle pour la résistance, mais une mauvaise pour nos tests qui au fond peuvent être sérieusement remis en doute puisque trop forts.

Et pour les manilles ?
Si nous partons du principe que vous tendez une jumpline sur manilles à 12kN. Nous avons vu que cela équivaudrait en % à une utilisation de la manille à 9,2% de la force de rupture. Si maintenant nous rapportons la courbe de tendance en % de la force de rupture, nous obtenons une résistance théorique à la fatigue supérieure vers les 11500 cycles. Cela équivaudrait à tester un mousqueton à 2,57kN.
Le mousqueton à 2,56kN cassera-t-il vers 11500 cycles ?
Néanmoins, comme nous sommes loin des données réelles qui nous servent à obtenir cette courbe, il faut vraiment relativiser cette conclusion, d'autant que la limite de plasticité de la manille ne devrait pas être atteinte pour une manille. (Devrais-je même l'écrire ?) Cela contribue à penser que la manille tiendra beaucoup plus, ce qui rassure, mais ne donne toujours pas d'idées réelles.

Conclusion :
De notre côté, il va nous falloir passer un peu plus de notre budget R&D pour finir de caractériser cette courbe. Charles Ze Kef va encore frémir sur sa chaise en me lisant, mais c'est ainsi.

Du vôtre, une inspection visuelle régulière peut être une bonne idée. A cela, rajoutez une évaluation de la force de tension dans vos connecteurs (grâce à la formule de la flèche) peut vous permettre de savoir si vous dépassez la limite de plasticité du matériel (grosso modo 50% de la rupture), et donc commencez à l'endommager.
Et enfin penser à la réforme du matériel comme nous le disions dans le post précédent.

Enfin, j'espère que ces petites divagations physiques vous feront réfléchir autant qu'elles nous le font faire, et si elles font au moins ça, nous aurons tous grandi !

Des liens pour les plus chevronnés qui certainement dépasseront mon raisonnement :
http://durabilite-infos.fr/
http://www.systemx.fr/meca/cm/ESDEP/Volume%2012/Lecon%2002/Francais/L12-2.pdf
http://www.itterbeek.org/uploads/documents/Fatigue.pdf

2 commentaires:

Manu a dit…

Salut à vous,

Tout d'abord merci pour ces tests qui sont intéressants.

Concernant le fait que vos essais se trouvent en zone plastique et non élastique (déformation irréversible), effectivement les essais de fatigues seront beaucoup plus contraignant et la rupture atteinte beaucoup plus vite, mais quelle est cette limite? J'entends par là, est ce qu'en jumpline nous ne sommes pas déjà dans la zone plastique du matériau avec les tensions en jeu?


Pour faire vos tests, vous n'avez pas possibilité de trouver un partenariat avec un IUT ou une école d'ingé?
En général ils demandent éventuellement de l'argent pour l'entretien des mors (qui coûtent très cher) des bancs de traction et autres mais les essais peuvent être gratuits par ailleurs et rentré dans le cadre de travaux pratiques ou projet de fin d'année.
En tout cas vous pouvez essayer de vous adresser à l'IUT mesures physiques de Blois qui a tout le matériel pour faire des essais de traction, de fatigue destructifs et non destructifs (utlra-son, microscope à balayage électronique...). Ces test ne seront pas certifiés par l'APAVE mais leur validité sera bonne dans la mesure où nous sommes destinés à travailler dans ce genre d'organisme à la sortie de l'IUT.
C'est une suggestion, vous y avez surement déjà pensé.

En tout cas merci de nous éclairé un peu plus sur ces aspects.

Manu

chewizinnewzealand a dit…

Salut !

alors voilà, bien que j'ai du mal à comprendre toute la partie technique, ce problème m'intéresse.

Je me demandais s'il était possible d'équiper les connecteurs acier d'un "marquage", qui en se déformant, signalerait au pratiquant que son matériel est bon à être remplacé ?

Voila pour ma suggestion, c'est peut être une bien belle ânerie, mais je trouve ça top dans l'idée !

Bonne continuation et merci pour les tests !