ASTM D695 Essai de compression composites et plastique
La norme ASTM D695 décrit l’essai de compression pour la détermination des valeurs caractéristiques mécaniques, telles que le module de Young et la rigidité pour plastiques non-renforcés et renforcés selon le principe End-Loading Compression (introduction de la force par les extrémités). L’introduction de la force s’effectue uniquement par les extrémités de l’éprouvette. L’ASTM D695 peut être utilisée pour les matériaux renforcés de fibres avec une rigidité allant jusqu’à 41 GPa ce qui inclut par exemple les composites non-tissés renforcés de fibres de verre.
Le texte ci-dessous se limite au montage d’essai ASTM D695 avec dispositif support pour les plastiques à haut module et plastiques renforcés avec une épaisseur de stratifié < 3,2 mm. Celui-ci décrit également les essais End-Loading Compression DIN EN 2850 MéthodeB, Boeing BSS 7260 Type III & IV (Modified ASTM D695) de même que SACMA SRM-1R-94, qui ont été développés à partir de l'ASTM D695.. Ces derniers permettent également de réaliser des essais de compression sur stratifiés renforcés de fibres de carbone unidirectionnelles (UD) avec des rigidités et des résistances conformément élevées.
L’ISO 14126 Méthode 1 et ASTM D3410 (Shear Loading Compression) de même que ISO 14126 Méthode 2 et ASTM D6641 (Combined Loading Compression) sont d'autres essais de compression normalisés, fréquemment utilisés pour les composites renforcés de fibres continues, sans restriction limitation de rigidité du stratifié.
Valeurs caractéristiques Réalisation de l'essai et moyen d’essai Échantillon Téléchargements FAQ Demander conseil
ASTM D695: Objectif et valeurs caractéristiques
Grâce à l’essai de compression selon l’ASTM D695 - avec supports de compression - et plus particulièrement avec les variantes du montage d’essai développées à partir de l’ASTM D695 (EN 2850 Méthode B, SACMA SRM-1R-94, Boeing BSS 7260 Type III & IV), les grandeurs caractéristiques et résultats suivants pourront être déterminés pour les plastiques renforcés de fibres:
- Contrainte de compression: Force de compression se référant à la section initiale de l'éprouvette
- Écrasement: Variation de la longueur de référence relative à la longueur de référence initiale en direction de charge (si utilisation d’un système de mesure de la déformation adapté, voir ci-dessous)
- Module de compression: Pente de la courbe de contrainte-écrasement dans un intervalle d’allongement défini dans le domaine élastique. Également appelé module d'élasticité ou module E en abrégé
- Résistance à la compression: Valeur maximale de la contrainte de compression déterminée dans l’essai de compression
Principales remarques sur la détermination du résultat
L'ASTM D695 prévoit, pour les plastiques non renforcés et renforcés d'une épaisseur < 3,2 mm, une géométrie d’échantillon taillée, permettant de déterminer en essai le module de compression (si vous utilisez un système de mesure de la déformation adapté) ainsi que la résistance à la compression. Pour ce faire, un dispositif support devra également être utilisé.
Les échantillons taillés ne sont toutefois pas adaptés aux composites UD. Les variantes (EN 2850 Méthode B, SACMA SRM-1R-94, Boeing BSS 7260 Type III & IV) développées à partir de l’ASTM D695 utilisent donc toujours deux échantillons rectangulaires droits distincts:
- Un échantillon sans talon pour la détermination du module de compression. Cet échantillon ne peut être utilisé pour déterminer la résistance à la compression, car une rupture prématurée se produit toujours au niveau des extrémités, dès lors qu’une contrainte de compression (qui serait inférieure à la résistance à la compression du matériau testé) est appliquée.
- Un échantillon avec talons appliqués pour la détermination de la résistance à la compression. Pour permettre la validité de l’essai, l’éprouvette doit défaillir à l’intérieur de la longueur éprouvette libre. Cet échantillon ne convient pas non plus pour déterminer le module de compression, car l'application de jauges de contrainte dans la longueur libre de l'éprouvette (env. 5 mm) n'est guère possible.
Comme l'application de la force s’effectue par les extrémités de l'éprouvette exclusivement, un traitement très précis des extrémités de l'éprouvette est indispensable dans tous les cas.
Réalisation de l'essai et moyen d’essai ASTM D695
Comment l’essai de compression selon l’ASTM D695 ainsi que les variantes EN 2850 Méthode B, SACMA SRM-1R-94, Boeing BSS 7260 Type III & IV, développées à partir de l’ASTM D695, sont-ils réalisés et quels sont les moyens d’essai nécessaires pour ce faire?
Dispositif d'essai End-Loading Compression
Pour les essais de matériaux d'une épaisseur < 3,2 mm, l’ASTM D695 prévoit un dispositif de soutien de l'éprouvette. L'éprouvette ainsi soutenue est ensuite placée dans un dispositif de compression adapté (également appelé Subpress ou Compression Tool dans l'ASTM D695).
Dans les variantes développées pour les Advanced Composites (EN 2850 Méthode B, SACMA SRM-1R-94, Boeing BSS 7260) à partir de l’ASTM D695, ce dispositif support est relié de manière fixe à un dispositif de compression correspondant, ce qui exclut toute déformation ou flambage de l'éprouvette avec le dispositif support.
- Ce dispositif End-Loading Compression, perfectionné, est également appelé dispositif ASTM D695 modifié dans la norme d’essai Boeing BSS 7260.
- Les normes d’essai DIN EN 2850 Méthode B et SACMA SRM-1R-94 utilisent également ce principe, avec des différences mineures en terme de dimensions du dispositif support et de l'échantillon.
- Il conviendra également de noter que la longueur du dispositif support est définie à 70 mm dans la norme DIN EN 2850 Méthode B, cependant que toutes les autres normes d'essai (ASTM D695, Boeing BSS 7260 Type III & IV, SACMA SRM-1R-94) lui attribuent une longueur de 73 mm. Pour la norme DIN EN 2850 Méthode B, un dispositif d'essai spécifique devra âr conséquent être utilisé.
Dans tous les cas, le dispositif support ne contribue à la transmission des forces dans l'éprouvette. Une conception appropriée des surfaces de contact minimise la friction entre l'éprouvette et le dispositif de support. Dans l’ASTM D695, une fixation „manuelle“ du dispositif support sur l’échantillon est suffisante. Dans toutes les méthodes d'essai End-Loading développées, un faible couple de serrage ou une force de presse est défini pour les vis de fixation.
Dispositif d'essai ZwickRoell pour l'essai End-Loading Compression selon l’ASTM D695 et variantes:
- Le montage d'essai ZwickRoell pour l'essai End-Loading Compression se compose d'un dispositif de compression placé entre deux plateaux de compression. Des éléments de guidage sur le dispositif de compression assurent un centrage précis de l'éprouvette dans l'axe de charge. Une résistance élevée à la compression, parfois bien supérieure à 1000 MPa, plus particulièrement pour les essais de compression des composites renforcés de fibres de carbone UD parallèlement au sens de la fibre, nécessite l’utilisation de plateaux de compression, trempés, adaptés.
- Les dispositifs d'essai ZwickRoell pour le End-Loading Compression peuvent être utilisés dans des limites d’utilisation en température allant de -80°C à +300°C.
Machines d’essai pour l’ASTM D695
- Grâce au développement et à l'amélioration continus des propriétés mécaniques des fibres et de la matrice, l’utilisation de la géométrie nominale confère aujourd'hui, dans l'essai End-Loading Compression, la possibilité d'atteindre des forces maximales allant jusqu'à 50kN environ lorsque les essais sont réalisés sur des composites renforcés de fibres de carbone UD. Considérant la réalisation d’essais de traction, pour lesquels les forces maximales sont encore plus élevées, en sus des essais de compression, l’utilisation d’une machine d'essai statique d'une capacité allant jusqu'à 100kN ou 250kN est ici fortement recommandée.
- Si vos essais se limitent à des composites renforcés de fibres de verre, une machine d’essai 50kN sera en revanche suffisante.
Système d'essai modulaire Composites
En utilisant plusieurs machines d'essais adaptées aux nombreuses méthodes d’essais des composites, les grands laboratoires d'essais avec demandes d'essais élevées parviennent à minimiser les temps de transformation. Les différentes machines d'essais peuvent alors être adaptées à la plage de force de différents types d'essais. Lorsque la demande d'essais est trop peu importante ou irrégulière pour acquérir plusieurs machines d'essais, il peut être avantageux d'équiper une seule machine d'essais permettant de réaliser le plus grand nombre possible de méthodes d'essais à moindre impact en terme de travaux d'adaptation.
Pour ce faire, ZwickRoell a développé un concept modulaire, disponible en machine d’essai statique 100kN ou 250kN, couvrant 21 méthodes d’essais et 120 normes d’essais environ (ISO, EN, ASTM, ainsi qu’Airbus AITM et Boeing BSS) et permettant une caractérisation complète des matériaux composites fibreux à température ambiante ou lors d’essais à basse ou haute température de -80°C à +360°C
Essais End-Loading Compression autorisés grâce au logiciel d'essai testXpert
Notre logiciel d'essai testXpert permet, outre la réalisation d’essai efficients, d’obtenir des résultats d'essai fiables selon l'ASTM D695 et variantes de l'essai de compression End-Loading développées à partir de l'ASTM D695:
- Épargnez-vous l’étude des normes: Conformité à la norme garantie grâce aux Programmes d’essai Standard - toutes les valeurs caractéristiques et paramètres de l’ASTM D695 und DIN EN 2850 sont déjà enregistrés.
- Vous bénéficiez d’une efficience maximale grâce à la connexion d’appareils périphériques: L’envoi, direct, des dimensions de l’éprouvette par le micromètre au logiciel d'essai permet des gains de temps appréciables et exclut les erreurs de saisie.
- Vérifiez, également, et contrôlez la température dans l’enceinte via le logiciel. Définissez des rampes de température et visualisez clairement, même après coup, les valeurs ainsi respectées.
Mesure de la déformation selon l’ASTM D695 et variantes
Les méthodes adaptées à la mesure de la déformation pour l’essai de compression End-Loading selon l’ASTM D695 sont des jauges de contrainte ou extensomètres ClipOn, qui mesurent l'écrasement sur le bord de l'éprouvette. Si vous utilisez des jauges de contrainte, les éléments du dispositif de support devront comporter une encoche en leur centre afin d'éviter tout contact avec la grille de mesure des jauges de contrainte et les câbles des jauges de contrainte.
Le centrage précis de l’échantillon dans l'axe de charge et des évidements dans le dispositif d'essai End-Loading Compression ZwickRoell confèrent en outre une possibilité d’utilisation de l'extensomètre makroXtens automatique à bras de palpeurs pour une mesure bilatérale des bords de l’éprouvette.
Dans les variantes de l'essai End-Loading Compression développées à partir de l'ASTM D695, la mesure de la déformation s’applique uniquement à l’échantillon prévu pour la mesure du module de compression. Les normes d'essai correspondantes utilisent des données qui diffèrent partiellement pour l'écrasement maximal lors de l'essai ainsi que pour la plage dans laquelle le module de Young devra être déterminé
- DIN EN 2850 Méthode B: Charge de compression jusqu'à au moins 0,5 % (5000 µe) d'écrasement; détermination du module de Yong entre 0,1 % et 0,5 % (méthode préférée, sauf indication contraire).
- Boeing BSS 7260: Charge de compression jusqu'à au moins 3000 µe d'écrasement; détermination du module de Young entre 1000 et 3000 µe.
- SACMA SRM-1R-94: Charge de compression jusqu'à 5000 µe; détermination du module de Young entre 1000 et 3000 µe; utilisation recommandée de jauges de contrainte appliquées des deux côtés pour surveiller une charge de flexion superposée; si l'écart entre les deux signaux de jauge de contrainte est supérieur à 10 %, l'essai sera invalidé et devra être répété.
Comme décrit ci-dessus, la mesure de la déformation pour l'éprouvette avec talons appliqués pour déterminer la résistance à la compression n'est pas prévue dans ces normes d'essai en raison de la très faible longueur de référence libre.
Pour l'éprouvette taillée utilisée dans l'ASTM D695 pour des épaisseurs d'éprouvette inférieures à 3,2 mm, qui est utilisée à la fois pour la détermination du module de Young et de la résistance à la compression, un extensomètre Clip-On permettant une mesure sur les bords de l'éprouvette est également approprié.
| Norme | Type d’éprouvette | Représentation schématique (le schéma n’est pas à l’échelle) | Utilisation et conseils |
|---|---|---|---|
| ASTM D695 | Taillé, pour épaisseurs éprouvette inférieures à 3,2 mm |  | Plastiques non-renforcés et renforcés avec une rigidité jusqu’à 41 GPa (par exemple, composites non-tissés GFK également) |
DIN EN 2850 Méthode B Boeing BSS 7260 SACMA SRM-1R-94 | B1 Type III Compression Strength Specimen |  | UD* et composites non-tissés (GFK, CFK)
|
DIN EN 2850 Méthode B Boeing BSS 7260 SACMA SRM-1R-94 | B2 Type IV Compression Modulus Specimen |  |
Questions fréquemment posées sur l’essai de compression ASTM D695
L’ASTM D695 décrit l’essai de compression pour la détermination des valeurs mécaniques caractéristiques selon le principe de compression End-Loading, au cours duquel l’introduction de la force s’effectue par les extrémités de l’échantillon. L’ASTM D695 peut être utilisée pour les composites avec une rigidité allant jusqu’à 41 GPa ce qui inclut par exemple les composites non-tissés renforcés de fibres de verre. Pour les plastiques à haut module et plastiques renforcés avec une épaisseur de stratifié < 3.2mm, un dispositif support sera requis.
La norme ASTM D695 décrit l’essai de compression pour la détermination des valeurs mécaniques caractéristiques telles que le module de Young et la rigidité pour les plastiques rigides. L’ASTM D695-15 a été publiée en 2015, mais elle a d’ores et déjà été mise à jour et l’ASTM D695-23 ou ASTM D695:2023 la remplace.
L'ASTM D695 prévoit, pour les plastiques non renforcés et renforcés d'une épaisseur < 3,2 mm, une géométrie d'échantillon taillée d'une longueur L=79,4 mm, d'une largeur B=19 mm, permettant de déterminer en essai le module de compression (si vous utilisez un système de mesure de la déformation adapté) ainsi que la résistance à la compression. Les échantillons taillés ne sont toutefois pas adaptés aux composites UD. Les variantes développées à partir de l'ASTM D695 utilisent donc toujours deux échantillons rectangulaires droits distincts: Un échantillon sans talon pour la détermination du module de compression et un échantillon avec talons appliqués pour la détermination de la résistance à la compression.
