DÉFI DU CLIENT
L’université de Floride centrale (UCF), à Orlando, a acquis une excellente réputation en matière d’éducation et d’innovation depuis sa fondation en 1963. Au fil du temps, le département de génie mécanique, des matériaux et aérospatial de l’université a forgé de solides alliances avec plusieurs fabricants et organisations de classe mondiale situés dans la région, notamment Siemens Power Generation, Lockheed Martin, Pratt & Whitney, Mitsubishi Power Systems et même le Kennedy Space Center.
En plus de fournir à ces organisations un nombre constant d’ingénieurs qualifiés, le département est apprécié pour son étroite collaboration avec elles afin de résoudre leurs défis techniques.
Afin de poursuivre sa double mission, à savoir dispenser une éducation de qualité supérieure et soutenir l’industrie locale, l’UCF souhaitait ajouter des essais de matériaux à haute température à ses capacités de base. Le développement de telles capacités améliorerait l’expérience d’apprentissage des étudiants et profiterait aux partenaires du département dans l’industrie locale qui fabriquent des produits conçus pour fonctionner à des températures extrêmement élevées.
En 2006, l’UCF a engagé le Dr Ali P. Gordon en tant que professeur enseignant et pour superviser le développement des capacités d’essais des matériaux à haute température. En tant qu’étudiant diplômé de l’Institut de technologie de Géorgie, le Dr Gordon a consacré ses études à la caractérisation du comportement des matériaux des aubes de turbine à haute température. Cette expérience lui a valu d’être le candidat idéal pour mener les essais de matériaux du département à un niveau supérieur.
« J’ai été immédiatement séduit par l’intérêt que portait le département au renforcement de sa mécanique expérimentale, tant en laboratoire que lors des cours », a indiqué le Dr Gordon. « Et il était clair que toutes les conditions étaient réunies à l’UCF pour construire l’une des meilleures installations de recherche et d’essai sur le comportement mécanique des matériaux du pays. J’avais hâte de commencer. »
Le département devait acquérir des bâtis de charge, des commandes, des logiciels et de nombreux accessoires pour développer ses capacités d’essais mécaniques à haute température. Fort de son expérience, le Dr Gordon savait que le véritable défi consisterait à faire fonctionner parfaitement tous ces composants ensemble.
« Pour effectuer des essais de matériaux efficaces dans des conditions d’utilisation extrêmes, il faut orchestrer avec précision la force, le mouvement, l’acquisition de données et la simulation environnementale, ce qui peut être très difficile à réaliser du point de vue de la configuration », a expliqué le Dr Gordon. « C’est pourquoi lorsque nous avons cherché un partenaire spécialisé dans les solutions d’essais, nous voulions quelqu’un capable de nous proposer à la fois une technologie éprouvée et une expertise avancée en intégration de systèmes. Le choix s’est donc porté sur MTS. »
SOLUTIONS MTS
En décembre 2006, MTS a commencé à travailler avec le Dr Gordon pour développer des capacités d’essais de matériaux à haute température pour le département de génie mécanique, des matériaux et aérospatial de l’UCF. Pour ce faire, il a fallu intégrer le système d’essais mécaniques existant du département, qui comprenait un bâti de charge servohydraulique modèle 810, un contrôleur TestStar IIs et le logiciel Multi-Purpose TestWare®, à un ensemble de composants de simulation environnementale à haute température, notamment un dispositif de chauffage à résistance MTS, des mors à mâchoires hydrauliques refroidis à l’eau modèle 646 et un extensomètre axial haute température capable de maintenir une linéarité élevée et une faible hystérésis à des températures allant jusqu’à 1 200 °C.
Le système récemment mis à niveau a permis au département du Dr Gordon d’effectuer une batterie complète d’essais à haute température pour soutenir sa recherche, ses étudiants et l’industrie locale. « Notre nouveau système a permis d’étendre efficacement nos capacités d’essais mécaniques pour inclure les essais de fatigue, de rupture, de fatigue par fluage, de fatigue oligocyclique, de fatigue thermomécanique, de charge de traction et de contrainte/relaxation, le tout dans des environnements à très haute température », a-t-il souligné.
Le Dr Gordon cite deux exemples de la façon dont son département applique ses nouvelles capacités d’essais à haute température pour mieux répondre aux besoins de ses partenaires industriels. « Dans le cadre de notre relation avec Siemens, nous soumettons actuellement des matériaux en acier pour une turbine à vapeur terrestre à des déformations thermiques et mécaniques simultanément, à des températures oscillant entre 100 °C et 500 °C », rapporte-t-il. « Par ailleurs, nous aidons le Florida Center for Aerospace & Aero-Propulsion (FCAAP) à étudier comment les composants présentant des encoches réagissent à des conditions de fatigue non isothermes, également à 500 °C. Les deux applications apportent de nouvelles informations précieuses sur les mécanismes d’endommagement microstructurel que ces composants subissent dans des conditions d’utilisation. »
Le Dr Gordon se réjouit que les solutions d’essais MTS de son groupe ne se limitent pas uniquement aux températures élevées, ou même à l’exposition thermique.
« Nous travaillons également avec l’Office of Naval Research (ONR) pour étudier le phénomène de fissuration par corrosion sous contrainte (SCC). Nous étudions plus précisément la dépendance dans le temps de l’extension précoce des fissures de l’aluminium avec des métaux liquides, comme le mercure, à proximité immédiate », a précisé le Dr Gordon. « Et les ingénieurs de la NASA et d’United Space Alliance, LLC utilisent nos capacités pour étudier la réponse de relaxation au fluage des matériaux de joint. Ces essais sont actuellement effectués à température ambiante, mais nous envisageons d’ajouter une chambre ou un autre dispositif pour simuler les températures extrêmement basses des conditions spatiales. »
« Quels que soient les environnements agressifs que nous devons reproduire, nous sommes convaincus que la technologie MTS est suffisamment polyvalente pour nous aider à développer l’environnement simulé », a-t-il ajouté.
AVANTAGES CLIENTS
Selon le Dr Gordon, les capacités étendues de caractérisation des matériaux du département de génie mécanique, des matériaux et aérospatial de l’UCF présente d’énormes avantages pour les étudiants, le College of Engineering and Computer Science et les partenaires commerciaux de l’université.
« Nous parvenons désormais à mieux comprendre le comportement des matériaux avancés dans des conditions d’utilisation extrêmes », a précisé le Dr Gordon. « Ces capacités nous permettent d’approfondir plus que jamais la science des matériaux et donnent la possibilité aux entreprises avec lesquelles nous travaillons de développer des outils de pronostic du comportement des composants plus précis. »
Le Dr Gordon souligne que même si les capacités d’essais de son département sont sophistiquées, les outils permettant de créer l’exécution des essais sont relativement simples à comprendre et à utiliser. C’est un avantage particulièrement utile pour les étudiants de premier cycle en ingénierie de l’UCF qui suivent des cours de mécanique expérimentale en laboratoire. « L’interface utilisateur simple et les outils de visualisation du logiciel MTS facilitent la compréhension même des concepts avancés, en particulier pour les applications de fatigue et de rupture », a déclaré le Dr Gordon. « La mise à niveau de notre équipement a clairement enrichi l’expérience d’apprentissage de nos étudiants. »
Le Dr Gordon cite également le personnel de MTS comme un élément crucial de l’amélioration des capacités d’essais de son laboratoire. « Ce fut un plaisir de travailler avec MTS, en particulier le personnel de l’assistance technique », a-t-il confié. « Je savais par expérience que la technologie d’essais MTS est la plus fiable du marché. Maintenant, je sais de première main que cette fiabilité s’étend également à son personnel de maintenance. »
