NOUVEAU PROCÉDÉ IMAGINÉ POUR MESURER LA RÉSISTANCE A L’ADHÉRENCE
Pour étudier la résistance à l’adhérence des pièces rivées, il faut commencer par chercher quelles sont les conditions à remplir pour obtenir le maximum de résistance et par conséquent effectuer une étude analytique des divers facteurs agissant sur la qualité du rivetage. Il faut donc opérer sur un seul rivet à la fois en isolant successivement, autant que possible, chacun de ces facteurs qui modifient cette résistance, afin d’en mesurer la valeur propre et d’en évaluer l’in- 11 en ce.
En outre, les observations précédentes relatives aux deux procédés d'investigation : soit en ovalisant les trous comme l’a fait M. Clark, soit en arrachant les demi-rivets comme l’a fait M. Dupuy. m’ont conduit à employer une méthode différente.
Dans ce but j’ai imaginé, pour évaluer la résistance à l’adhérence produite par un rivet , d’opérer le glissement par rotation autour de ce rivet comme
axe, au lieu d’opérer par traction, comme les divers expérimentateurs l’avaient fait jusqu’ici.
Une barre métallique A A' est placée entre deux flasques B B' et B B', dont elle est séparée par deux rondelles cylindriques C et G'; ces cinq pièces sont réunies par le rivet à essayer, posé dans des conditions déterminées.
La figure 3 montre le schéma de ce dispositif.
Fig. 3. — Schémas d’un nouveau dispositif permettant de mesurer la résistance à l’adhérence des pièces rivées, en opérant le glissement par rotation autour du rivet comme axe.
La figure 4 est la photographie de ce dispositif tel qu’il m’a servi pour mes expériences.
La figure 5 donne la photographie de l’installation : le dispositif, serré sous
Fig. 4. — Photographie du dispositif qui a servi aux nouvelles expériences de résistance
à l’adhérence des pièces rivées.
une presse hydraulique, est maintenu horizontalement, pendant que des poids sont successivement placés sur le plateau, jusqu’à ce que se produise le glissement des pièces rivées. Les cinq pièces du dispositif (fig. 4) sont en acier dur d une résistance à la rupture de 100 kilogrammes par millimètre carré.
Les trois barres ont une section rectangulaire de 100 millimètres de hauteur et de 20 millimètres d’épaisseur.
Les deux rondelles cylindriques ont 100 millimètres de diamètre et 20 millimètres d’épaisseur.
L’épaisseur totale des il pièces à river est ainsi de 100 millimètres.
Les surfaces en contact sont parfaitement dressées et unies au tour.
Le trou de passage du rivet est alésé à 26 millimètres de diamètre, lous les rivets essayés ont 26 millimètres de diamètre initial.
Fig. 5. — Photographie de l’installation. (Le dispositif serré sous une presse hydraulique est chargé jusqu’à ce que le glissement s’ensuive.)
Les poids sont placés sur un plateau taré suspendu sur couteau à la distance exacte de 1 mètre du centre du rivet.
La tare du plateau est de 33 kilogrammes et celle du levier est de 7 kilogrammes ; c’est donc une constante de 40 kilogrammes à ajouter aux poids placés successivement jusqu’à production du glissement. Comme on le voit (fig. 5), la barre centrale est en deux pièces pour da commodité des expé¬
riences.
CALCUL DE L’ADHÉRENCE PRODUITE SUR LA RONDELLE PAR L’EFFET DU MOMENT DE GLIS¬ SEMENT PROVOQUÉ PAR LA CHARGE PLACÉE A L’EXTRÉMITÉ DU GRAND BRAS DE LEVIER
L’épaisseur des pièces et la dureté du métal permettent d’admettre que la pression est uniformément répartie sur toute la surface des rondelles.
11 s’agit de déterminer la pression totale P correspondant à la charge (j.
Si, dans un cercle de rayon Iî, on considère un secteur circulaire d’un angle très petit, on peut assimiler ce secteur à un triangle et dans ce triangle la résultante des pressions est située au centre de gravité, c’est-à-dire aux deux tiers du rayon R à partir du centre. Par suite de la présence du trou de rivet de rayon r, au centre de la rondelle, le petit secteur précédent est réduit à un trapèze dont le centre do gravité est situé à une distance du centre de la rondelle, donnée par l’expression :
Dans mes expériences, la rondelle ayant 100 millimètres de diamètre et le trou de rivet 20 millimètres, la formule précédente donne, en remplaçant les lettres par leur valeur numérique :
= 33 mm.
La pression cherchée P appliquée à la rondelle a donc, par rapportai! centre, un bras de levier de O"1, 035.
Le moment résistant dû à l’adhérence est par suite égal à :
et l’effort d’adhérence ramené au millimètre de section du rivet de 20 millimètres de diamètre a donc pour valeur :
ESSAIS EFFECTUÉS A l’aIDE DE CE NOUVEAU PROCÉDÉ
Les essais de rivetage ont été effectués avec des rivets pris dans une collection de dix-sept échantillons de métal, un échantillon de fer à nerf et seize échantillons d’aciers, d’une résistance à la rupture allant de 35 kilogrammes à 07 kilogrammes par millimètre carré.
J’ai d’abord effectué les essais de traction sur le métal à l’état vierge, c’està-dire, tel qu’il a été livré par le laminoir en m’attachant particulièrement à déterminer avec précision et surtout avec exactitude, la mesure de là limite élastique ; pour obtenir ce résultat, j’ai donné à chaque éprouvette de traction
la forme tronconique (fig. 6) c’est-à-dire à section croissante, qui, seule, permet de déterminer la limite élastique vraie (1).
Pour montrer l’erreur possible commise dans la mesure habituelle de la limite élastique, j’ai aussi donné les résultats de cette mesure d’après le diagramme ; en comparant ces résultats avec ceux de la mesure de la limite élastique vraie, on constatera l’importance des écarts.
Il est bien entendu que c’est la limite élastique vraie qui seule doit être retenue, l’autre mesure étant inexacte.
Le tableau suivant (n° 1) donne les résultats des essais de ces 17 métaux. Je n’ai pas donné les résultats concernant la mesure de la ductilité , puisque cette dernière n’a aucune influence sur la résistance à l’adhérence. Mais j’ai donné la mesure de la résistance vive au choc sur éprouvettes entaillées (fig. 7), pour permettre de comparer avec les essais analogues effectués après rivetage.
Tableau N° 1.
Résultats des essais mécaniques de traction et de choc ( effectués sur le métal à l’état vierge) du fer et des aciers employés pour les rivets soumis aux diverses expériences.
Essai de traction.
• 1 .imite d’élasticité.
Choc
Résistanco
sur éprouvettes
Nos d’ordre du métal.
Nature du métal.
apparente.
vraie.
à la rupture.
entaillées.
kg.
kg-
kg.
kgm.
Fer à nerf.
Acier.
Les rivets fabriqués avec ces 17 échantillons différents ont tous été chauffés également dans toute leur longueur et à une température de chauffage sensiblement la même, environ 950°.
La pression au rivetage a été de 50 tonnes sur les bouterolles.
(1) Ch. Fremont, « Mesure de la limite élastique des métaux ». — « Bulletin de la Société d’Encouiagement », septembre 1903.
Pour chaque métal les essais ont été effectués plusieurs fois, tantôt en laissant la pression un temps aussi court que possible; 2 ou 3 secondes; tantôt pendant 60 secondes.
Après refroidissement complet, le dispositif rivé était placé comme le montre la figure 5 pour permettre de mesurer la résistance au glissement.
Mais pour pouvoir opérer la mesure de plusieurs glissements successils, une cale limitait chaque fois la chute du levier ; j ai pu de la sorte mesurer les efforts nécessaires pour produire quatre glissements successifs.
Le tableau n° 2 donne les résultats des essais effectués dans ces conditions.
Tableau N° 2.
Résistance à l’adhérence ( par /mm2 de section du rivet).
Nos du métal.
Durée
de la pression.
1er glissement.
2r glissement.
3e glissement.
4e glissement.
secondes.
kg-
kg-
kg-
kg.
J’ai constaté clans ccs expériences que le glissement s’effe cl liait de deux laçons différentes. Tantôt il survient cl’abord brusquement sous une charge donnée, et les glissements suivants s’effectuent sous une charge sensiblement inférieure à celle du premier glissement; par conséquent la résistance à l’adhérence est d’abord maximum et va ensuite en décroissant; tantôt c’est l'inverse: la chute du levier est lente au lieu d’être brusque; parfois même le glissement cesse sous la charge qui a produit le démarrage et il faut ajouter des poids pour faire continuer le glissement ; ces variations sont dues aux différences d'état des surfaces en contact à chaque moment de l’expérience.
Comme on peut le constater à l’examen du tableau n° 2, donnant les résultats des essais de résistance à l’adhérence, le premier glissement nécessite, en
Fig. 1. — Éprouvette prismatique entaillée pour essais de pliage.
général, un effort sensiblement plus élevé que les glissements suivants, c’est donc là le cas du premier glissement brusque.
Il est probable que cette plus grande résistance initiale tient à ce que la pression des bouterolles étant le double ou le triple de la pression produite par la contraction du rivet, les surfaces en contact sont, au début, avant tout glissement, mieux appliquées, mieux pénétrées. Il n’est d’ailleurs pas douteux (pie toutes les variations, constatées dans les efforts nécessaires pour produire ces glissements successifs, sont dues à l’état de dureté relative des surfaces en contact à chaque moment considéré; et si, même lorsque les surfaces en contact sont polies, on constate des variations do résistance dans les glissements successifs, cela tient vraisemblablement à l’orientation des cristaux en présence qui se déforment différemment, même dans la période élastique; c’est donc encore une question de résistance relative des grains en prise. Après chacun des essais de glissement dont les résultats ont été portés au tableau n° 2, chaque rivet a été soigneusement retiré du dispositif, afin de constater que le fut du rivet ne forçait pas sur la paroi du trou et que, par conséquent, l’effort mesuré était bien celui qui était nécessaire pour vaincre le frottement par adhérence.
Enfin, clans le corps du rivet dérivé , des éprouvettes de traction (fig. 6) et de choc (fig. 7) ont été prises et essayées pour constater les modifications do la qualité du fer et de l’acier employés à la fabrication des rivets après que ceux-ci ont été posés à chaud.
Le tableau n° 3 donne les résultats de ces derniers essais; pour faciliter la comparaison, j’ai cru devoir rappeler les résultats des essais analogues sur le métal vierge, donnés au tableau n° 1.
CALCUL UE LA RESISTANCE A L ADHERENCE DU RIVET A « SIMPLE COUPE » ET DU RIVET
A « DOURLE COUPE »
En rappelant les essais de résistance à l’adhérence de Clark, Gouin et Luvalley, Le Creusot, etc., M. Considère fait une distinction, au point de vue de la méthode de calcul pour déterminer l’effort par millimètre carré de section du rivet, entre les pièces rivées composées de deux tôles et celles qui ont plus de deux tôles.
11 dit en effet (p. 103) :
« Il est clair que, dans un assemblage de trois tôles dont les deux extérieures sont tirées dans un sens et la troisième dans un sens opposé, on ne peut faire glisser la tôle intermédiaire qu’en triomphant à la fois des frottements, qui se développent sur ses deux faces, de même qu’on ne saurait l’arracher, qu’en cisaillant le rivet dans deux sections différentes. Un rivet de ce genre qu’on appelle rivets à double coupe équivaut donc à deux rivets ci simple coupe au point de vue de l’adhérence et de la résistance. »
J’ai montré ailleurs (d) que la résistance au cisaillement double est sensiblement plus élevée que deux fois la résistance au cisaillement simple.
Mais dans la résistance à l’adhérence des pièces rivées, le cas d’une tôle ne développant de frottement que sur une seule de ses faces n’existe pas ; en effet, même à la limite, lorsqu’il n’y a que deux tôles rivées ensemble, si l’une glisse le frottement se produit alors et sur sa face en contact avec l’autre tôle et sur sa seconde face en contact avec la couronne de la rivure ou de la tête du rivet.
En pratique, c'est même en général le contraire de ce que supposait M. Considère qui a lieu: la résistance est plus grande dans le cas du rivet à simple coupe, c’est-à-dire du rivet qui réunit deux tôles, que dans le cas du rivet à double coupe qui réunit trois tôles.
I Gli. Fremont, a Résistance au cisaillement des aciers de construction ». Métallurgie, mai 1906, p. 208.
Revue de
Nos d'ordro du métal.
Tableau N° 3.
mécaniques ( traction et choc) effectues sur le métal du rivet après dcrivetag
Essai de traction.
Durée
