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Solutions spéciales pour Recherche et Développement

Parallèlement aux solutions spécifiques clients, développées en partenariat avec les instituts correspondants, notre gamme de produits comporte également de nombreuses solutions d'essais qui trouvent leur application dans la Recherche. Afin de satisfaire aux exigences de nouvelles demandes avec les moyens d'essais de l'entreprise, les chercheurs accordent une attention particulière à la souplesse d'utilisation des machine d'essais des matériaux.

Les interfaces aux systèmes sont dans ce contexte particulièrement importantes. Grâce à testXpert III ou à l'export de données vers un logiciel d'exploitation externe, de nouveaux capteurs (enregistrés avec les signaux de mesure de la machine) pourront ainsi être utilisés tout en autorisant un traitement aisé des données enregistrées.

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  • Brochure sur le secteur d’activité: Instituts PDF 4 MO

1. Intégration des jauges de contrainte

Du point de vue de la technologie de mesure, il est nécessaire de réaliser un enregistrement synchrone de tous les signaux - de force, de déformation ou encore d'allongement - avec une jauge de contrainte.

Pour utiliser les jauges de contrainte, ZwickRoell propose principalement 2 variantes. 

Liaison directe à l'électronique de pilotage testControl
Liaison par amplificateur de mesure HBM

Liaison directe à l'électronique de pilotage testControl

L'extension de pont de Weatstone est réalisée pour ce faire au moyen d'un boîtier de connexion externe, qui relie différents types de jauges de contrainte (120Ω, 350Ω, etc…) au système d'essai. Dans cette liaison d'interface, une jauge de contrainte appliquée peut être reliée au moyen de la technique 4 ou 6 conducteurs. Une compensation de température est également possible. Selon l'équipement de testControl, vous pourrez par ailleurs relier jusqu'à 4 canaux jauges de contrainte.

Liaison par amplificateur de mesure HBM

Un mécanisme de synchronisation spécialement adapté vous permettra d'étendre aisément le nombre de points de mesure avec un HBM MGC+ ou QuantumX. Une acquisition synchrone des valeurs de mesure avec les signaux de la machine d'essai sera également réalisée, mais ces valeurs ne pourront être utilisées pour la régulation.

2. Fonctions spéciales de testXpert III

Au fil des ans, ZwickRoell a ajouté à testXpert III de nouvelles fonctionnalités particulièrement importantes pour les chercheurs. Quelques unes d'entre-elles sont représentées ci-dessous. 

Logiciel testXpert III

3. Essais haute température

Suivant une approche de développement durable, la réduction des émissions de CO2 est l'un des principaux objectifs des moteurs thermiques. Pour ce faire, la température de la chambre de combustion doit être augmentée ce qui requiert de nouveaux matériaux et de nouvelles exigences pour les hautes-températures.

Une connaissance précise des caractéristiques à haute-température est dans ce contexte un pré-requis essentiel au développement de nouvelles technologies de centrales électriques - centrales électriques A-USC (Advanced UltraSupercritical). Cela signifie qu'un nombre croissant d'essais est effectué à hautes-températures. 

Pour répondre à ces préoccupations, ZwickRoell dispose de son propre centre de compétences. En atmosphère sous vide ou atmosphère inerte, les températures d'essais atteignent typiquement 1200°C ou plus. La mesure directe de la déformation/allongement en essais haute-température constitue l'un des défis majeurs.

ZwickRoell utilise ici son laserXtens pour hautes-températures, qui permet une mesure sans contact de l'allongement au travers une fenêtre percée dans le four haute-température.

4. Essais de fluage et propriétés cycliques

Outre les caractéristiques haute-température, d'autres caractéristiques mécaniques qui devront également être déterminées à haute-température, sont également essentielles à la technologie des centrales électriques. Outre la résistance aux hautes-températures, le mode de fonctionnement modifié de nombreuses centrales électriques (par l'alimentation fluctuante des centrales éoliennes et solaires) est un facteur déterminant pour les matériaux.

De nombreuses centrales doivent pouvoir être démarrées et arrêtées de manière flexible, et à intervalles rapprochés. Cela conduit à un chargement thermique supplémentaire (TMF) du matériau, qui se dilate à chaque démarrage et arrêt. La plupart des centrales électriques du 20ème siècle n'ont pas été conçues pour de telles contraintes et doivent être adaptées en conséquence.

La corrosion des matériaux - commune aux centrales à vapeur - est un autre problèmes des centrales électriques A-USC qui sont exploitées à des températures pouvant atteindre 760 °C et des pressions de vapeur allant jusqu'à 380 bar. Les réactions correspondantes des matériaux (fatigue ou fluage) à contrainte ou allongement constant sont observées sur une longue périodicité et à de hautes-températures. Cela s'effectue également de manière cyclique.

5. Low Cycle Fatigue (essais LCF)

Dans l'essai Low Cycle Fatigue, l'essai est chargé cycliquement à une température déterminée (généralement élevée) jusqu'à une légère déformation plastique. Dans ce type de chargement, l'éprouvette (matériau) ne supporte que quelques milliers de changements de charge. La machine d'essai ou le contrôleur de la machine est particulièrement sollicité, car la rigidité de l'éprouvette change de manière spectaculaire pendant la transition de la déformation élastique vers la déformation plastique et le contrôleur doit réagir très rapidement pour garantir par exemple une vitesse constante de l'allongement. 

6. Fatigue thermomécanique (thermo mechanical fatigue ) TMF

La fatigue thermomécanique (TMF) est la simulation du chargement cyclique conditionnée par la dilatation thermique du matériau. Cela se produit à chaque démarrage ou arrêt d'une centrale électrique (mais aussi dans tout moteur thermique). Au démarrage, tous les composants sont chauffés de la température ambiante vers leur température de fonctionnement ce qui s'accompagne d'une expansion du matériau. Cette expansion crée une contrainte dans le matériau, qui devra être précisément connue pour éviter d'endommager les composants. 

La fatigue thermomécanique consite à chauffer une éprouvette de manière cyclique, la machine d'essai superpose alors un allongement mécanique dans la même phase ou dans la phase opposée. 

7. High Cycle Fatigue (HCF)

Contrairement à l'essai LCF, les changements de charge dans le High Cycle Fatigue Test sont uniquement approchés dans la plage linéaire-élastique du matériau. La principale application est la résistance à la fatigue d'un matériau ou composant. Cette détermination de la résistance à la fatigue s'effectue principalement à l'aide d'une courbe de Whöler (courbe s/n), à l'intérieur de laquelle l'éprouvette est chargée jusqu'à défaillance avec différentes amplitudes de contrainte ou d'allongement. La courbe de Whöler est déterminée avec des amplitudes constantes, tandis que la courbe de Gaßner est déterminée avec des amplitudes variables.

Ces caractéristiques seront également déterminées à différentes températures.

8. Dureté instrumentée nano jusqu'à macro

La mesure de la profondeur de pénétration instrumentée est déjà utilisée depuis longtemps en Recherche, pour déterminer les propriétés mécaniques de couches ou revêtements très minces. Une mesure de la profondeur de pénétration sous une force donnée permet de déterminer tant la dureté (Martens) que les propriétés élastiques et plastiques.

Selon la règle de Faust pour la détermination des propriétés de la couche, la profondeur de pénétration (pénétrateur Vickers ou Berkowitch) ne doit pas excéder 10 % de l'épaisseur de couche. Le système UNAT de ZwickRoell peut être utilisé entre 10 nm et 30 µm, le système ZHU/Zwicki au delà d'une profondeur de pénétration de 6 µm. ZwickRoell couvre ainsi l'ensemble de la plage de dureté (nano, micro et macro).

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