ISO 14126 | ASTM D3410: Shear Loading Compression
Les normes ISO 14126 et ASTM D3410 décrivent l’essai de compression avec chargement par cisaillement (Shear Loading Compression) sur composites. L’objectif de la méthode d’essai standard est la détermination des caractéristiques de compression dans le plan.
Dans cette méthode, la force de compression est transférée via les forces de cisaillement dans le dispositif d'essai. Une répartition homogène de la contrainte est alors obtenue dans la zone centrale non étayée de l'éprouvette, lorsque l’écartement entre outillages est suffisant.
La bonne qualité du guidage axial de l'éprouvette pendant l'essai, de même que la disparition du chargement par les extrémités sont autant d'avantages. La nécessité d'un usinage de haute précision des faces frontales de l'éprouvette est ainsi éliminée.
La norme DIN EN 2850 décrit également le Shear Loading Compression Test sur composites (Type A).
Shear Loading Compression selon ISO 14126, ASTM D3410
La méthode de compression par cisaillement a été normalisée dans les années 1980 par la norme ASTM D3410 sous la forme d'un dispositif d'essai Celanese avec des éléments de serrage coniques. Dans le dispositif Celanese, les écarts d'épaisseur éprouvette provoquent un appui linéaire indésirable des éléments de fixation. Dans les normes DIN 65375 et DIN EN 2850 (Type A), les dispositifs Celanese modifiés avec des coins plats guidés résolvent ce problème.
L'IITRI, aux États-Unis, a mis au point un dispositif à action similaire avec guidage par colonne, qui remplace l'ancien dispositif Celeanese dans la norme ASTM D3410 actuellement en vigueur. Comme dans le dispositif Celanese modifié, l'éprouvette de compression est serré dans des coins plats guidés.
L'éprouvette de compression est tout d'abord insérée dans les mors à coin, ce qui nécessite fréquemment le recours à un outil supplémentaire. Les mors à coins avec éprouvette montée sont ensuite insérés dans le dispositif de compression guidé.
Pendant l’essai de compression, la pression de serrage est générée par la force longitudinale des coins. Cela peut toutefois entraîner un mouvement des coins et donc un chargement non uniforme de l’éprouvette.
Pour déterminer la validité de l'essai de compression en quantifiant les déformations de flexion superposées (Percent Bending), une mesure de la déformation est réalisée à l'aide de jauges de contrainte bilatérales à mesure séparée. Les signaux des jauges de contrainte sont ensuite moyennés pour déterminer la contrainte de compression.
Le dispositif de compression hydraulique HCCF, breveté, développé à l'origine par l’IMA Dresden (en Allemagne) et proposé par ZwickRoell, peut être utilisé pour réaliser des essais de compression de composites conformément aux méthodes d'essai Shear Loading Compression.
Le HCCF bénéficie d’une très bonne accessibilité, d’une manipulation aisée et de mors fixes, qui restent précisément alignés les uns sur les autres pendant le déroulement d'essai.
La méthode Shear Loading Compression est bien adaptée aux matériaux composites unidirectionnels avec résistance moindre dans la direction des fibres, ainsi qu’à l’essai de compression des tissus et startifés composites multidirectionnels.
Pour les matériaux composites renforcés de fibres de carbone à haute résistance et essais de compression avec stratifiés unidirectionnels dans le sens des fibres (UD0°), l'application de la force par les seules forces de cisaillement s’avère souvent insuffisante. Des modes de défaillance non valides (End Crushing, rupture par collage) ou des résistances à la compression plus faibles peuvent ainsi apparaître en raison d'une distribution non homogène des contraintes dans la longueur libre de l'éprouvette. Le recours à la méthode Combined Loading Compression est préférable dans ce cas.
Dispositif de compression (Shear-loading), modèle IITRI
- Domaine d'applications: Le dispositif de compression est utilisé pour les essais sur composites; il satisfait à la norme ASTM D 3410.
- Fonctionnement: Le dispositif de compression est basé sur le principe de serrage des coins. Le dispositif comporte les composants suivants: appui supérieur, mâchoire, 3 jeux de mors à coins, jauge de réglage avec centrage.
L’aide au centrage permet un alignement précis de l’éprouvette sur les mors à coins L'éprouvette serrée est inséré avec les mors à coin dans la mâchoire inférieure. La mâchoire supérieure est enfoncée dans l’appui supérieur. Les pièces du dispositif sont placées l’une dans l’autre. Des écrous de centrage assurent l’alignement de la mâchoire supérieure sur la mâchoire inférieure.
- Avantages:
- Aide au centrage pour l’alignement de la mâchoire
- Pour forces de compression jusqu’à 220 kN
- Limites d’utilisation en température étendues de -70 à 300 °C
- Aucun traitement de la face avant des éprouvettes n'est nécessaire
Dispositif de compression hydraulique pour matériaux composites (HCCF)
- Domaine d'applications:
- Essai selon ISO 14126, prEN2850, Airbus AITM 1-0008, ASTM D 3410, ASTM D 6641, JIS K 7076, RAE TR 88012 CRAG méth. 400 et 401, QVA-Z10-46-38, ASTM C 1358, document Airbus X88SP1105735: „Compression plain test according to AITM 1.0008 A1 and A2 with ZwickRoell HCCF“
- essais de compression „Plain“, „Open Hole“ et „Filled Hole“ avec introduction de la force par serrage (Shear Loading) ou avec introduction combinée de la force avec appui en façade et serrage simultané (Combined Loading)
- Fonctionnement: Le de compression hydraulique pour matériaux composites (HCCF = Hydraulic Composites Compression Fixture) sert à déterminer les propriétés de compression sur matériaux composites renforcés de fibres longues. La contrainte est, en principe, mesurée sur les deux côtés à l’aide de jauges de contrainte (longueur de treillis > 3 mm).
Le dispositif de compression est équipé d’un trou de raccord sur le dessus. Il est placé en bas sur un plateau de compression. Pour les éprouvettes, sur lesquelles l’écart entre talons collés et l’écartement entre outillages sont supérieurs d'au moins 2 mm à la longueur de référence initiale, un extensomètre Clip-On bilatéral - spécifique client - avec dispositif de verrouillage pourra être utilisé.
Avantages:
- Peut être utilisé pour les essais dans des limites d’utilisation en température élargies -60 °C à +150 °C.
- Le bâti en C permet un remplacement aisé de l’éprouvette et simplifie l’utilisation d’un système de mesure de la déformation.
- Grâce à la conception ouverte du bâti, les éprouvettes sont alignées précisément.
- Le principe de serrage des mâchoires hydrauliques à fermeture parallèle assure une application de la force sans glissement et donc sans flexion à vitesse de déformation constante.
- Grâce aux colonnes de guidage, les deux mâchoires sont alignées précisément.
- Des guidages à billes à faible frottement excluent une éventuelle distorsion des résultats mesurés.
- Le support aimanté des mors de serrage mobiles simplifie le remplacement des éprouvette et le nettoyage des surfaces de serrage
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