CAI Test: Compression After Impact
Le Compression After Impact Test est une méthode d'essai qui permet de déterminer la résistance à la compression résiduelle d'un stratifié après un endommagement par choc. Le test CAI permet de tirer des conclusions sur la tolérance aux dommages d'un composite multicouche.
Les normes ASTM D7136 et ASTM D7137 décrivent respectivement le pré-endommagement par chute et l'essai de compression pour mesurer la résistance aux dommages des composites. L’essai CAI est également décrit dans d'autres normes comme par exemple ISO 18352, Airbus AITM1-0010 ou Boeing BSS 7260 type II.
Objectif du test CAI Normes Pré-endommagement des plateaux d'essais Essai de compression CAI Téléchargements
Objectif du Compression After Impact Tests
Le Compression After Impact (CAI) Test permet de déterminer la résistance à la compression résiduelle d’un stratifié après un dommage par impact. Pour cela, l'éprouvette fabriquée à partir d'un stratifié multidirectionnel est tout d'abord pré-endommagée avec une énergie de choc définie dans la norme d'essai correspondante.
Les essais de choc et la détermination de la résistance à la compression résiduelle lors de l’essai de compression statique faisant suite permettent d'évaluer la tolérance aux dommages d'un stratifié de fibres à d’éventuels dommages qui seraient provoqués par des chocs. Pour les structures composites utilisées dans l'aéronautique, les dommages provoqués par les chocs peuvent par exemple résulter du tool-drop pendant la maintenance, par des chutes de pierres lors du décollage et l'atterrissage ou par une collision avec des véhicules de support au sol.
À cause d’un dommage du côté du choc souvent difficile à détecter, on parle aussi de „barely visible impact damage“, alors que des dommages parfois massifs peuvent apparaître „im“ le stratifié et sur le côté opposé, avec des fissures matricielles et des délaminations significatives.
Le test CAI peut être divisé en 3 phases:
- L’introduction du dommage de choc par utilisation d’une tour de chute appropriée et l’énergie de choc définie dans la norme utilisée.
- Évaluation et documentation du dommage provoqué par le choc par mesure de la déformation au point d'impact et détermination du dommage „dans le“ stratifié en utilisant une méthode d’essai non-destructive appropriée, par exemple par ultrasons (C-scan).
Remarque: L’essai non destructif (CND) par C-Scan ne fait pas partie de la gamme ZwickRoell. Nous vous renvoyons ici vers d’autres fournisseurs. - Détermination de la résistance statique à la compression résiduelle à l’aide d’une machine d'essais des matériaux statique appropriée et d’un dispositif d'essai CAI.
Quelles normes sont utilisées pour les tests CAI?
Les principales normes utilisées pour le Compression After Impact Test sont
- ASTM D7136: Measuring the Damage Resistance of a Fiber-Reinforced Polymer Matrix Composite to a Drop-Weight Impact Event
- ASTM D7137: Compressive Residual Strength Properties of Damaged Polymer Matrix Composite Plates
- ISO 18352: Détermination des propriétés de compression après impact à un niveau d'énergie spécifié
- AITM1-0010: Airbus Test Method for determination of Compression Strength After Impact
- Boeing BSS 7260, Type II: Étude de la résistance à la compression des stratifiés composites après impact
ASTM D7136 décrit l'essai de choc ainsi que l'évaluation et la documentation des dommages causés par le choc. ASTM D7137 décrit l'essai de compression statique servant à déterminer la résistance à la compression résiduelle du stratifié endommagé.
Toutes les autres normes mentionnées ci-dessus décrivent les 3 phases de la réalisation de l'essai, mais la procédure requise pour déterminer l'endommagement interne par CND n'est pas décrite en détail.
Réalisation du test CAI: Pré-endommagement de l’éprouvette
Dans la tours de chute instrumentées HIT230F ou HIT600F, l’éprouvette est pré-endommagée au moyen d’un dispositif de serrage et d’une énergie de choc définie par les normes. Selon la norme utilisée, les dimensions du dispositif de serrage et la position de serrage pourront varier légèrement.
Afin de simplifier l'utilisation, les éprouvettes sont contraintes en dehors de la tour de chute, puis poussées en position d'essais. Afin d’éviter de masquer le premier dommage de choc par un choc répété de l'éprouvette par l'impacteur, l’utilisation d’une tour de chute dotée d’un système anti-rebond est.primordiale pour l’essai de choc. L’utilisation d’une tours de chute instrumentées permet de plus de déterminer aisément la courbe de force, la vitesse de choc et l’énergie de choc absorbée dans l'éprouvette.
Machines d’essais adaptées au pré-endommagement des plateaux d'essais
La tours de chute instrumentées HIT230F avec réglage de la hauteur de chute jusqu’à 1 mètre, la mesure intégrée de la vitesse au point de choc, le dispositif anti-rebond, l'impacteur adapté à l'essai de choc (diamètre 16 mm) et les poids interchangeables pour le réglage de différentes énergies de choc, est idéalement adaptée aux exigences de pré-endommagement des éprouvettes CAI.
La tours de chute instrumentées HIT600F est bien adaptée au pré-endommagement dans le test CAI; grâce au réglage d’une course de chute plus élevée ainsi qu’à l’ajout d’un dispositif d’accélération (proposé en option), elle pourra de plus atteindre des vitesses et énergies de choc plus élevées. Elle convient donc également à la réalisation d'essais de perforation multiaxiaux sur des éprouvettes de plastique.
Réalisation du test CAI: essai de compression statique
Après un pré-endommagement réussi de l’éprouvette dans l’essai de choc sur la tour de chute de même que l’évaluation du dommage d’impact par la mesure de la déformation au point d’impact et la détermination de l’étendue des dommages à l’intérieur du stratifié par un essai non-destructif, l’essai de compression statique pour détermination de la résistance à compression résiduelle CAI peut être réalisé.
Pour ce faire, l’éprouvette pré-endommagée sera installée dans un dispositif de compression CAI spécial. Afin de couvrir des conditions limites du serrage de l'éprouvette qui diffèrent selon les normes d'essai CAI, deux dispositifs de pression CAI distincts sont utilisés.
- Pour ASTM D7137 et Boeing BSS 7260 Type II, l’éprouvette est guidée sur les quatre côtés, mais n’est pas serrée
- Pour ISO 18352 et Airbus AITM1-0010, l’éprouvette est contrainte en haut et en bas, puis guidée sur les côtés par un contact linéaire
Dispositif de compression CAI (Compression After Impact)
Le dispositif CAI est positionné entre deux plateaux de compression dans la machine d’essai des matériaux. Lors de l’essai CAI, l’éprouvette est ensuite soumise à compression jusqu’à la rupture. Pour que l’essai de compression après impact (CAI = Compression After Impact) soit valide, l’éprouvette doit présenter une défaillance dans la zone de l’impact central. Les défaillances au niveau ou à proximité du serrage supérieur ou inférieur ne sont pas autorisées.
Avantages:
- Simplicité de remplacement de l'éprouvette grâce à une manipulation aisée du dispositif CAI
- Utilisation dans des limites de température élargies allant de -70 °C à +300 °C
- Rigidité latérale accrue grâce à des entretoises d'appui empêchant une flexion latérale du dispositif, notamment en cas d'utilisation de structures stratifiées non conventionnelles
- Des inserts en métal dur interchangeables sur les surfaces de contact supérieure et inférieure avec l'éprouvette minimisent l'usure des surfaces d'introduction des forces hautement sollicitées
Essai de compression CAI selon ASTM D7137
Lors de l'essai de compression CAI, une éprouvette de composite pré-endommagée est testée dans un dispositif de compression, spécialement adapté, jusqu'à 600 kN. Le Compression After Impact Test est réalisé avec une machine d'essai des matériaux Z600E dans des limites d’utilisation en température allant de -60 °C à +350 °C.
Machines d'essais des matériaux adaptées à l’essai de compression CAI
Dans le Compression After Impact Test, l’utilisation d’une éprouvette largement dimensionnée de 100 mm x 150 mm x 5 mm (largeur x longueur x épaisseur) peut facilement générer des forces de plus de 100 kN. Cela dépend également du type de matériau composite testé (p. ex. PRFC ou PRV), du type de renforcement fibreux utilisé (p. ex. Ud, tissé ou non-tissé) ou de l'utilisation de structures et épaisseurs de stratifiés autres que les structures et épaisseurs nominales de stratifiés définies dans les normes d'essai susmentionnées.
Les essais de compression CAI doivent donc être réalisés sur une machine d'essais des matériaux statique avec une charge nominale allant de 150 kN à 250 kN. Pour le test CAI sur stratifiés très épais, des dispositifs CAI renforcés et machines d'essais des matériaux statiques avec une charge nominale plus élevée allant jusqu’à 600 kN pourront également être utilisés.
Pour vérifier l’alignement précis du montage d’essai et contrôler la précision dimensionnelle du dispositif d’essai CAI, conformément à la norme d’essai CAI utilisée, des jauges de contrainte appliquées des deux côtés (au total 4 pièces par éprouvette) devront être utilisées lors de la configuration du montage d’essai ou encore à intervalles définis. L’intégration des signaux de jauge de contrainte dans la machine d’essais peut se faire soit avec des boîtiers de jauge de contrainte pré-assemblés, soit en utilisant un amplificateur de mesure universel approprié.
FAQ
Un essai de choc permet de créer un pré-endommagement de l’éprouvette composite. Tandis que l'essai de compression statique qui suit permet de déterminer la résistance à la compression résiduelle. Cela permet d'évaluer la tolérance d'un stratifié de fibres aux dommages de chocs potentiels.
Le Compression after Impact (ou test CAI) imite les dommages subis par le matériau composite, tels que ceux-ci peuvent se produire par exemple dans les avions ou véhicules suite à des chocs de pierres, d'oiseaux ou d'accidents. La valeur caractéristique déterminée en essai est appelée résistance à la compression résiduelle.
Pour le test CAI, une tour de chute pour le pré-endommagement de l'éprouvette ainsi qu'une machine d’essais des matériaux statiques pour l’essai de compression statique seront requises.