Le Faserinstitut Bremen e.V. fait confiance à ZwickRoell pour ses essais mécaniques sous températures cryogéniques.
Case Study
- Client: Faserinstitut Bremen e.V.
- Lieu: Bremen, Allemagne
- Secteur d'activité: Aéronautique et espace, enseignement/instituts
- Sujet: Essais mécaniques à des températures cryogéniques
Octobre 2023
Pour le développement de nouveaux matériaux fibreux et de composites hautes performances, le Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE) aide les entreprises de différents secteurs d’activités à relever les défis technologiques de demain. Afin de comprendre le comportement des matériaux et la modification des caractéristiques mécaniques des composites à fibres sous des températures cryogéniques et de garantir ainsi la fiabilité et la sécurité des composants aéronautiques et spatiaux, le Faserinstitut utilise des machines d'essais des matériaux ZwickRoell sur son site de recherche ECOMAT de Brème.
Le Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE)
Fondé en 1969, le Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE) a son siège à Brême (en Allemagne) - L’institut est actif depuis de nombreuses années dans le domaine de la Recherche & Développement de matériaux fibreux et de leurs applications. Sa mission principale est de développer des solutions innovantes pour l’industrie, notamment les entreprises des secteurs de l'automobile, de la construction, de l’industrie médicale, du textile et de l'aérospatiale, et de contribuer à l'amélioration des produits fibreux en termes de développement de matériaux, d'optimisation des produits, de contrôle de la qualité et d'amélioration des processus.
L’objectif est de renforcer la compétence de l’industrie en fournissant des connaissances scientifiques, une expertise technique et des solutions innovantes. Pour ce faire, l’institut se concentre sur le développement de fibres innovantes pour les textiles techniques et matériaux composites à base de fibres et leurs processus de fabrication, plus généralement sous la forme de projets de coopération subventionnés avec l'industrie. Les clients du Faserinstitut Bremen bénéficient outre de solutions sur mesure, de services de conseil fournis par des collaborateurs et collaboratrices hautement qualifiés.
Le Faserinstitut Bremen dispose de laboratoires modernes des sciences des matériaux avec des méthodes d'essai accréditées et installations pilotes les plus diverses pour la production de fibres, la transformation de matières plastiques et la fabrication de PRFC.
La demande
Les défis de la caractérisation des matériaux sous des températures cryogéniques
Sur le site de recherche et de technologie ECOMAT de Brème, les ingénieurs et scientifiques du Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE) travaillent en collaboration avec l'industrie aérospatiale pour regrouper les activités dans le domaine de la cryogénie, caractériser et développer les PRFC utilisés sous des températures cryogéniques. Ce sont là des défis actuels pour le développement de technologies nouvelles et innovantes permettant de voler sans impact sur le climat.
Pour les essais cryogéniques réalisés à des températures cryogéniques allant jusqu’à -253 °C, la comparabilité des essais avec les essais réalisés dans des limites d’utilisation en températures allant de -55 °C à +120 °C - et à température ambiante - doit être garantie. Des températures aussi basses représentent de plus un défi pour les matériaux utilisés ainsi que pour les systèmes de mesure de la dilatation et de la course nécessaires. Pour le support éprouvettes, une mesure précise de la force et de la course ainsi que pour l'orientation de la ligne de charge, d'autres approches que celles définies pour les essais standard à température ambiante devront par conséquent être développées.
La solution ZwickRoell
Machines d’essais des matériaux ZwickRoell avec équipement de charge
Afin de répondre aux exigences cryotechniques particulières du Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE) pour des essais avec de l'hydrogène, des machine d'essai des matériaux universelles et standardisées issues de la gamme de produits ZwickRoell ont été retenues. Celles-ci permettent la caractérisation de différents matériaux y compris aux très basses températures et garantissent une reproductibilité inégalée des résultats d’essais. Indépendamment du fait que de faibles charges d'essai ou des charges élevées soient demandées, dans l'assurance qualité et à des fins de recherche.
Pour le Faserinstitut Bremen e.V., différentes solutions de cryostats ont été sélectionnées dans la gamme de produits ZwickRoell, permettant de réaliser des essais mécaniques dans le domaine cryogénique avec de l’azote liquide (LN2) à 77 K ainsi que dans de l'hydrogène liquide (LH2) à 20 K.
Un équipement de charge spécialement conçu permet d'immerger la mâchoire avec l’éprouvette fixée dans la plage de température cryogénique. L’avantage: La plus grande constance de température possible est garantie, grâce à l’unique ouverture du cryostat. Tous les cryostats ZwickRoell disposent en option d'une fenêtre de visualisation permettant, au choix de l'extérieur et sans contact, de déterminer les allongements et déformations de l'éprouvette grâce à la technique de mesure optique du videoXtens.
Le Faserinstitut Bremen e.V utilise déjà largement testXpert, le logiciel d'essais convivial et interactif.
Nombreuses possibilités d'essais de matériaux composites fibreux à des températures cryogéniques
„Avec ZwickRoell, nous avons trouvé le partenaire parfait et le soutien idéal pour notre travail de caractérisation des matériaux à des températures cryogéniques extrêmes. Les systèmes d'essais, orientés principes et applications, témoignent d'une expertise exceptionnelle et sont parfaitement adaptés à nos exigences“, déclare Dr. Ernö Nemeth, Responsable laboratoire du Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE) à propos de la collaboration avec ZwickRoell.
Les systèmes d’essais permettent de réaliser de nombreux essais typiques sur les matériaux composites renforcés de fibres, tels que des essais de traction, de compression et de flexion, ainsi que des essais de détermination de la résistance au cisaillement interlaminaire (ILSS) et essais de détermination des taux de libération d'énergie interlaminaire G1c (sous charge de mode I) et G2c (sous charge de mode II). Nemeth: „L’étroite collaboration et la confiance qui ont prévalu pendant toute la durée du projet ont considérablement élargi nos possibilités de recherche tout en renforçant encore notre lien avec ZwickRoel.“
Le résultat
Grâce à sa large gamme de produits, ZwickRoell a su répondre de manière optimale aux exigences techniques du Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE). Il est ainsi désormais possible pour la recherche et la collaboration avec des partenaires industriels des domaines de l'aéronautique et de l'aérospatiale de réaliser des essais pour la caractérisation des propriétés des matériaux à des températures cryogéniques extrêmes – tels que des essais de traction, de compression et de flexion ainsi que des essais ILSS, G1C et G2C – avec des résultats absolument fiables, compréhensibles et comparables.
„ZwickRoell est un partenaire incontournable de la caractérisation des matériaux à des températures cryogéniques.
Le fabricant de machines d'essais nous a convaincu et soutenu tout au long de notre projet, tant par son expertise que par sa large gamme de produits spécifique essais sous hydrogène. Les systèmes d'essais spécialement conçus témoignent de la compétence du fabricant et de sa sensibilité aux exigences individuelles de l’Institut. Enfin, le professionnalisme et l'approche partenariale de ZwickRoell ont fait avancer notre recherche, de manière décisive, dans ce domaine exigeant
Dr. Ernö Nemeth, Responsable de laboratoire Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE)
Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE): Essai mécanique à des températures cryogéniques
