Mesurer la résistance des pièces des véhicules légers

Par Chantal Hunter
novembre 2015

Une nouvelle méthode pour mesurer la force des alliages d’aluminium soudés permet de prédire avec une plus grande précision la résistance structurelle des véhicules légers.
Photo d’un montage expérimental pour un essai de cisaillement

Montage expérimental d’un essai de cisaillement

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Alors que la demande pour d’autres véhicules éconergétiques continue d’augmenter, les constructeurs d’automobiles cherchent à réduire la consommation de carburant de leurs véhicules sans pour autant compromettre la sécurité. Étant donné qu’en diminuant d’un dixième le poids d’une voiture il est possible de réduire la consommation de carburant de jusqu’à huit pour cent, plus de véhicules sont désormais construits avec des pièces fabriquées à partir de matériaux plus légers, comme les alliages d’aluminium.

La prédiction du rendement de la structure de carrosserie de véhicule est essentielle pour concevoir des véhicules légers et assurer la sécurité des passagers en cas de collision.

À la lumière de ces faits, CanmetMATÉRIAUX (CMAT), de Ressources naturelles Canada (RNCan), s’est associé à General Motors dans le cadre d’un projet concerté qui a permis l’élaboration d’une méthode améliorée pour tester la déformation et la contrainte de cisaillement. La déformation de cisaillement est la déformation localisée d’un matériau sous une contrainte de cisaillement de plus en plus grande jusqu’au point de fracture. Cette nouvelle méthode repose sur l’utilisation d’une technique de corrélation d’images numériques pour mesurer avec une plus grande précision la force des joints soudés par points dans les produits en alliage d’aluminium.

Une nouvelle norme internationale

Élaborée dans le laboratoire de CMAT à Hamilton, en Ontario, cette nouvelle méthode d’essai a récemment été avalisée par ASTM International (autrefois connue sous le nom d’American Society for Testing and Materials) en tant que norme internationale pour mesurer la déformation de cisaillement dans les métaux. Les normes d’ASTM International sont utilisées partout dans le monde pour améliorer la qualité des produits et renforcer la sécurité des métaux et des autres matériaux.

Représentation d’une carte de déformation de cisaillement superposant un point de soudure

Carte de déformation de cisaillement superposant un point de soudure

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Des essais de déformation de cisaillement pour une sécurité accrue

Au moment du recours à cette nouvelle méthode d’essai, deux feuilles de métal soudées par points sont usinées pour exposer les points de soudure. Une peinture avec un effet moucheté est ensuite appliquée sur la zone de soudure. Ensuite, une première image de référence est prise avec un appareil photo numérique avant qu’une déformation sur la soudure n’apparaisse. Une contrainte de plus en plus forte est appliquée; pendant ce temps, l’appareil photo prend jusqu’à plusieurs centaines d’images du processus.

Les photos de la soudure prises alors que la déformation se produit sont organisées en petits sous-ensembles, et les formes dans chaque sous-ensemble sont comparées à l’image de référence. Le déplacement des mouchetures les unes par rapport aux autres est mesuré pour calculer la déformation du métal. La dernière étape consiste à analyser les déplacements par contrainte et les résultats contrainte-déformation correspondants.

« Cette utilisation unique d’une technique reposant sur des images permet de mesurer précisément, en quelques minutes, les degrés de déformation de la surface déformée au complet », a expliqué Jidong Kang, un chercheur scientifique à CMAT.

Améliorer la conception des véhicules légers

Les données obtenues aideront les constructeurs d’automobiles à connaître le rendement mécanique des points de soudure nécessaire à la conception de véhicules légers plus éconergétiques et plus sécuritaires.

« Ces progrès dans les essais de déformation de cisaillement ont des retentissements qui s’étendent bien au-delà des constructeurs d’automobiles », a fait valoir Philippe Dauphin, le directeur général de CMAT. « Par exemple, des produits en feuilles d’alliage d’aluminium sont aussi largement utilisés pour la conception en aérospatiale, dans le domaine naval et pour les véhicules légers sur rail. »

Pour obtenir de plus amples renseignements, visitez le site Web de Ressources naturelles Canada.

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