Syllabus Labo no.1 - Cours - École Polytechnique de Montréal

École Polytechnique de Montréal, Département de Génie Mécanique
MEC6405 – Analyse expérimentale des contraintes, Laboratoire no. 1
LABORATOIRE NO. 1
INSTALLATION DE JAUGES ET ESSAIS PRÉLIMINAIRES DE FONCTIONNEMENT
Automne 2011
1. Buts
Apprendre la technique d'installation des jauges de déformation
Vérifier l'installation électrique des jauges
Conduire des essais préliminaires de fonctionnement
2. Appareillage
Poutrelle d'acier de dimensions nominales 3.2 mm x 38 mm x 460 mm 1
Jauges à trame pelliculaire (un élément simple et une rosette à 45)
Fer à souder, fils, solvants et colle
Multimètre numérique, Agilent modèle 34405A
Appareil de vérification de l'installation des jauges, Vishay modèle 1300
Indicateur de déformation Vishay modèle P-3500
Règle, pied à coulisse, micromètre et rapporteur d'angle
3. Installation des jauges
Au début du laboratoire, le technicien fera une démonstration des techniques relatives à la
préparation des surfaces, au collage des jauges et au soudage des fils de connexion (voir l'annexe
1). Chaque groupe collera ensuite une jauge simple et une rosette de part et d'autre de sa
poutrelle.
La jauge simple et la rosette doivent être collées à la même distance du bout de la poutrelle,
soit à environ 100 mm de l'extrémité de la poutrelle qui n’a pas de trou. L'orientation de la rosette
doit être telle que la jauge centrale n'est pas parallèle à la déformation principale ε x 2 .
Pour cela, la jauge centrale de la rosette doit avoir une orientation située entre 3° et 10° par
rapport à la direction principale (fig. 1.1). Une fois les jauges collées, les fils électriques servant
à relier chaque jauge à l'appareil de lecture sont soudés. Un système à trois fils est utilisé
pour chaque jauge (fig. 1.2).
4. Vérification de l'installation électrique
Une fois collées, la résistance de chacune des jauges est mesurée à l'aide d'un multimètre. On
vérifiera également leur isolement électrique par rapport à la masse (poutrelle). Ces mesures
sont répétées à l'aide d'un appareil de vérification spécialement conçu pour les jauges, le Vishay
1300 (fig. 1.3). Toutes les mesures précédentes doivent être prises en note car elles serviront
à la rédaction du rapport.
1 Les dimensions exactes de la poutrelle doivent être mesurées avec les instruments fournis au laboratoire. Cela est
particulièrement important pour l'épaisseur qui doit être mesurée avec un pied à coulisse. Des dimensions précises
sont absolument nécessaires pour exécuter des calculs théoriques précis.
2 ε x est une déformation principale lorsque la poutrelle montée en porte-à-faux est soumise à un essai de flexion.
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Figure 1.1 – Position de la rosette sur la poutrelle
Figure 1.2 – Système à trois fils (jauge simple)
5. Essais préliminaires de fonctionnement
Chacune des jauges de la poutrelle est ensuite reliée à l'indicateur de déformation P-3500 (fig.
1.4). Les jauges sont montées dans un quart de pont (fig. 1.5) et le facteur de jauge est réglé à
la valeur indiquée sur la fiche technique de la jauge (distribuée au laboratoire). S'assurer que
l'indicateur fonctionne en mode quart de pont (¼-½ Bridge) puis vérifier et noter les caractéristiques
suivantes de chaque pont:
Déséquilibre initial. Ajuster la résistance d’équilibrage à la position neutre 3 puis noter
l’output du pont (valeur affichée sur le P-3500). Cette valeur sera comparée à la valeur
théorique calculée à partir de la résistance de la jauge.
Résistance requise pour mettre à zéro l’output du pont (position du bouton et du potentiomètre
"Balance")
Retour (ou non-retour) à zéro de la déformation après:
o 1, 5 et 10 cycles d'un chargement de flexion appliqué manuellement sur la poutrelle
montée en porte-à-faux;
o une légère compression de la surface de la jauge avec une gomme à effacer;
o un léger réchauffement de l'installation avec un séchoir électrique.
3 Sur le P-3500, dans la zone « Balance », tourner le bouton de gauche à zéro et ajuster le potentiomètre de droite à
5.0. Ceci revient à avoir une résistance d’équilibrage nulle.
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Une fois les essais de fonctionnement complétés, identifier la poutrelle de façon permanente
en y inscrivant votre nom puis la remettre au technicien. Dans les jours qui suivent le laboratoire,
celui-ci fera une dernière vérification de l'installation et appliquera une couche de vernis
de protection sur les jauges.
Figure 1.3 – Appareil de vérification Vishay 1300 (fiche technique sur le site Internet)
Figure 1.4 – Indicateur de déformation Vishay P-3500 (fiche technique sur le site Internet)
Figure 1.5 – Branchement d'une jauge au Vishay P-3500, montage quart de pont. Le pont est
complété avec une résistance interne (internal dummy) ou externe (external dummy). Pour les
essais du laboratoire no. 1, nous utilisons la résistance interne de 120 Ω du P-3500.
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Rapport
Les résultats du laboratoire no. 1 seront combinés à ceux du laboratoire no. 2 dans un seul
rapport (rapport no.1). En ce qui concerne particulièrement le laboratoire no. 1, le rapport
doit comprendre un résumé technique succinct des particularités de votre installation de jauges
sur la poutrelle. Également, présenter et commenter les résultats complets des vérifications
électriques ainsi que ceux des essais préliminaires de fonctionnement. Inclure dans un
dessin à l'échelle, les dimensions exactes de la poutrelle, la position et l'orientation des jauges
après collage. Toutes les dimensions doivent être mesurées avec précision à l'aide des instruments
de mesures fournis car elles serviront plus tard dans les calculs.
Luc Marchand, professeur
Le 23 Août 2011
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ANNEXE 1
COLLAGE DES JAUGES À LA COLLE M200
ET SOUDURE DES FILS DE CONNEXION
Matériel
- Alcool, conditionneur A, neutraliseur 5A, colle M200,
catalyseur, jauges, papiers d'essuyage, cotons-tiges,
soudure, flux (pâte à souder), fer à souder, couteau,
trombone ou pointeau, papier téflon, ruban adhésif,
pince, pince à dénuder, plaque de transfert, poutrelle
d'acier.
- Dégraisser avec de l'alcool, la poutrelle et tous les
outils. (voir fig. 3, page suivante)
- Connecter le fer à souder.
1. Polissage et nettoyage de la surface
- L'emplacement de la jauge sur la poutrelle est poli à
un angle de +45 et -45 avec un papier abrasif #220.
(fig. 4)
- Tracer les repères de la position de la jauge avec un
stylo à bille
- Nettoyer la surface polie avec de l'alcool jusqu'à ce
que le papier soit propre après essuyage.
- Nettoyer à l'alcool la plaque de transfert.
2. Montage de la jauge sur le ruban adhésif
NE JAMAIS TOUCHER LA JAUGE AVEC LES DOIGTS!
- Couper 10 cm de ruban adhésif.
- Prendre la jauge avec une pince et la poser à l'endroit
(côté brillant vers le haut) au centre de la plaque de
transfert.
- Coller le ruban sur la jauge. Pour éviter la statique,
procéder rapidement. Laisser le ruban sur la plaque
de transfert.
3. Conditionnement de la surface
- Appliquer quelques gouttes de conditionneur A (acide
faible et très volatil) sur la surface polie. Frotter avec
un coton-tige. Essuyer immédiatement en une seule
passe avec un papier propre. Ne pas laisser le conditionneur
sécher. Bon si la teinte est uniforme et s' il y
a évidence d'attaque.
- Appliquer le neutraliseur 5A (moins volatil) pour ramener
le pH aux environs de 7. Frotter vigoureusement
avec un coton-tige et essuyer. Bon s'il n'y a pas
de décoloration à la fin, sinon recommencer la séquence
conditionneur → neutraliseur. (fig. 5)
4. Collage
- Décoller le ruban adhésif de la plaque de transfert
5
avec un petit angle pour ne pas plier la jauge. (fig.6)
- Transférer la jauge sur la poutrelle en l'alignant à l'aide
ses repères, les terminaux de la jauge sont dirigés
vers le bout troué de la poutrelle. (fig. 7, fig. 1.1 p. 2)
- Relever la jauge en repliant un côté du ruban adhésif.
Soulever avec un petit angle. (fig. 8)
- Étaler une très mince couche de catalyseur sur la
jauge. Avant d'étaler, égoutter 5 fois le pinceau sur le
bord du flacon. Attention, ne pas mettre de catalyseur
sur la poutrelle. (fig. 9)
- Attendre 1 minute pour le séchage du catalyseur.
LES OPÉRATIONS SUIVANTES DOIVENT SE
DÉROULER EN MOINS DE 15 s
- Préparer à l'avance le trombone (ou le pointeau) et le
papier téflon.
- Essuyer le bec du pot de colle.
- Placer une petite goutte de colle et l'étendre sur la
surface devant la jauge à l'aide du trombone. (fig. 10)
- Rabattre le ruban adhésif et le pousser vers l'avant
avec le pouce protégé par le papier téflon afin refouler
de la colle sous toute la jauge. (fig. 11)
- Exercer une pression du pouce sur la jauge pendant
une minute pour accélérer la polymérisation. (fig. 12)
- Remettre le bouchon sur le pot de colle.
PROCÉDER AU COLLAGE DE LA ROSETTE EN
RÉPÉTANT LES ÉTAPES 1 À 4.
5. Soudage des fils de connexion
- Séparer individuellement les trois fils sur une longueur
de 15mm et dénuder environ 6 mm.
- Joindre le noir et le blanc ensemble, mettre du flux et
étamer le bout de tous les fils.
- Couper les bouts étamés à une longueur égale d'environ
3 mm, assez courte pour éviter le contact du
conducteur avec la poutre (voir fig. 1.2 page 2).
- Retirer le ruban adhésif sur la jauge en rabattant
complètement le ruban et en le tirant de côté. (fig. 13)
- Installer un ruban protecteur sur la grille de la jauge
puis nettoyer les terminaux avec une gomme.
- Étamer les terminaux de la jauge. Mettre du flux sur
chaque terminal et y fondre une très petite goutte de
soudure. Ne pas court-circuiter les terminaux.
- Souder les fils aux terminaux selon la technique démontrée
par le technicien.
- À l'autre extrémité, séparer les trois fils sur 125mm
(noir, blanc et rouge), les dénuder sur 20mm puis les
étamer individuellement. Pour étamer, mettre du flux
sur le fil puis le glisser à travers une goutte de soudure
posée sur le fer chaud.
- Identifier les fils de chaque jauge
- Attacher les fils à la poutre avec du ruban adhésif
pour les protéger d'un arrachement accidentel.
LM, 23-08-2011

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Extrait de "Encyclopédie Vishay d'analyse des contraintes", par Jean Avril, Vishay Micromesures
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