Prouver la résistance des tubes formés à l'aide d'essais de pliage mécaniques

Tubes en acier inoxydable : une ductilité impressionnante qui offre résistance et formabilité

La plupart des tubes que nous fabriquons chez Timeless Tube sont en acier inoxydable pour plusieurs raisons : il est solide, souple et résistant à la corrosion, et permet une variété de belles finitions. Il ressort en tête de toute analyse du coût du cycle de vie par rapport à d'autres matériaux, ce qui en fait un choix durable.

Les aciers inoxydables se comportent bien dans les essais de compression et de chargement axial en raison de leur ductilité impressionnante, mais ils sont plus complexes que les aciers au carbone. Des facteurs tels que la qualité de l'acier inoxydable et les procédés de fabrication utilisés avant les essais (comme le formage à froid) ont tous une incidence sur la forme de la courbe contrainte-déformation observée lors des essais.  

Les résultats des essais mécaniques de flexion/charge axiale effectués dans des conditions contrôlées, combinés aux années de connaissances acquises dans notre atelier, nous permettent de prédire avec confiance quels profils seront structurellement sains avant la fabrication d'une nouvelle taille ou forme.

Cet article présente deux de ces essais de pliage mécanique, ainsi que les calculs de rayon de pliage typique que nous utilisons pour déterminer les " rayons de pliage " que les tubes profilés peuvent supporter avant de se déformer lorsqu'un pliage supplémentaire est nécessaire pendant la fabrication.

Essais de déflexion mécanique pour les profilés de Timeless Tube

 Timeless a prouvé la résistance de ses profilés tubulaires de forme unique en testant la déviation de longueurs d'un mètre en acier inoxydable 316/L lorsqu'une force descendante de 400 kg est appliquée au milieu du tube sur une surface de contact de 50 mm contre l'axe principal du tube.

Cet essai de déflexion indépendant a évalué les effets d'une force de charge axiale sur chaque profilé, en utilisant un tube rond comme témoin. (Nous avons testé la force de charge axiale car il s'agit sans doute de la force la plus courante appliquée à nos tubes, dans des applications telles que les mains courantes, les poignées de porte et les porte-bagages ferroviaires). Les différentes courbes de contrainte-déformation pour chaque profilé ont montré différents points de déformation en réponse à la charge de compression.

Ces expériences soigneusement contrôlées montrent que nos formes profilées uniques sont plus performantes que le tube rond standard à partir duquel elles sont formées, offrant une résistance et une intégrité accrues. En fait, les tubes ovales à côtés plats et les tubes carrés rayonnés (affleurants) ont été jusqu'à 54 % plus résistants que les tubes ronds lors de ces essais de déformation.

 En savoir plus sur ces essais de déflexion indépendants.

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Essais de flexion à trois points sur un profilé creux ovale pour justifier son utilisation dans des applications d'ingénierie structurelle

 Le professeur Leroy Gardner de l'Imperial College de Londres et ses collègues ont réalisé des essais approfondis sur des sections creuses ovales en acier inoxydable en utilisant des tubes ovales de grande taille, tels que nos 86x58x3 mm - tous avec un rapport d'aspect d'environ 1,5. Les résultats obtenus par Gardner et al. ont permis de justifier l'inclusion de la section creuse ovale en tant que matériau structurel viable dans le manuel de conception pour l'acier inoxydable structurel.

Dans l'article de 2009 intitulé "Flexural behaviour of stainless steel oval hollow sections" (Comportement en flexion des profilés creux ovales en acier inoxydable), rédigé par M. Theofanous, T. M. Chan et L. Gardner, , trois tailles de tubes ovales de Timeless laminés à froid et soudés par soudure - 121x76x2mm, 121×76×3mm et 86×58×3mm - ont été utilisées dans des essais de flexion à trois points dans le plan pour "englober une variété de valeurs d'élancement de section et couvrir une gamme de réponses structurelles". Les essais comprenaient un essai de flexion selon l'axe principal et un autre selon l'axe secondaire pour chaque taille de tube.

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Les résultats ont contribué à modifier les possibilités pour les ingénieurs en structure, car ils ont prouvé que les profilés creux ovales peuvent être adoptés en toute sécurité selon les mêmes limites d'élancement codifiées pour les profilés creux circulaires en acier inoxydable, conjointement avec les diamètres équivalents proposés. Les expériences contrôlées ont mis en évidence l'effet du rapport d'aspect, de l'élancement de la section transversale et du gradient de moment sur la résistance et la capacité de déformation. Combinés aux essais existants et aux essais par éléments finis, les résultats constituent une lecture convaincante.

Voir le dessin 5.2 du Manuel de conception pour l'acier inoxydable structurel pour les calculs qui peuvent être utilisés par les ingénieurs structurels pour déterminer en toute sécurité quels profils creux ovales peuvent être utilisés dans les applications structurelles.

Cintrage de rayons pour les applications de tubes  

En tant que fabricants de tubes, il nous est souvent demandé de cintrer des tubes pour des applications variées - des rails de chaire de bateau à la protection de la jante qui entoure les ventilateurs des grands plateaux de cinéma. Parfois, les cintrages demandés peuvent être réalisés, parfois ils sont trop serrés. (Lorsque les cintrages demandés sont jugés trop serrés, notre équipe de fabrication peut souvent trouver d'autres moyens d'assembler le tube). 

Lorsqu'un tube ovale doit être cintré, nous utilisons des calculs basés sur des modèles mathématiques et nos propres données empiriques pour déterminer si le rayon de ce cintrage est possible ou s'il est trop serré. Si l'angle de cintrage est trop serré, l'acier inoxydable dépassera ses limites d'élasticité, ce qui entraînera des plis ou des cisaillements.  

Le cintrage sur le plan A (courbé sur le petit axe - ou horizontalement) est toujours plus facile que le cintrage sur le plan B (courbé sur le grand axe - ou verticalement). Vous entendrez souvent parler de cintrage "à la dure" et de cintrage "à la facile" dans l'industrie des tubes et tuyaux.

Nous utilisons différentes méthodes pour cintrer les tubes en fonction du type de cintrage nécessaire : une machine à trois rouleaux pour les courbes larges et un cintrage à rayon fixe pour les courbes plus serrées. Chaque outil de cintrage auquel nous avons accès - fabriqué spécifiquement pour chaque taille de profilé - possède ses propres capacités de cintrage. À titre indicatif, un tube qui doit être cintré dans le plan A ou B à l'aide d'une cintreuse à rayon fixe aura probablement besoin d'un rayon d'axe minimum de 2,75 fois la dimension de l'axe. Mais le rayon minimal de l'axe varie en fonction de la taille et de la forme du profilé.

Il est également important d'expérimenter avec l'épaisseur de la paroi du tube pour obtenir un cintrage optimal. L'augmentation de l'épaisseur de la paroi du tube nécessite plus de force pour obtenir la courbure souhaitée, mais cela signifie que le tube est moins susceptible de s'affaisser qu'un tube dont l'épaisseur de la paroi est plus fine.

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Nous expérimentons de nouveaux profils pour tester leurs capacités de cintrage, comme le relativement nouveau venu, le rectangle radié. Le profilé rectangulaire photographié, mesurant 58x34x1,5 mm, a été soumis à une machine à trois rouleaux pour voir jusqu'où nous pouvions le plier avant qu'il ne se rétrécisse.

En réalité, même sans consulter de diagramme de rayon de courbure de l'axe, nos fabricants très expérimentés peuvent très rapidement déterminer, à partir des dessins techniques, si les courbes semblent viables. Si vous avez des exigences en matière de cintrage, contactez notre équipe pour discuter de ce qui est possible pour votre application.

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