Taux de libération d’énergie G
Grandeurs caractéristiques de mécanique de la rupture, les taux de libération de l’énergie jouent un rôle essentiel dans la caractérisation des matériaux renforcés de fibres
Le taux de libération de l'énergie interlaminaire G est un indice utilisé en science des matériaux, et plus particulièrement dans le domaine des matériaux composites, pour quantifier la propagation des fissures entre les différentes couches d'un stratifié composite. Il indique la quantité d'énergie nécessaire par unité de surface permettant de faire progresser une fissure entre couches. Cette valeur est particulièrement intéressant car elle aide à prédire et à contrôler la propagation des fissures et donc l'intégrité structurelle lors du développement et de l'évaluation des matériaux et structures composites.
Les méthodes d’essai suivantes sont utilisées pour la détermination du taux de libération d’énergie interlaminaire:
- Mode I comme Double Cantilever Beam (Test DCB) selon ASTM D5528 - Propagation de la fissure de due à une charge de traction normale à la surface de la fissure /à l'ouverture de la fissure
- Mode II principalement dans le Test ENF (End Notch Flexure) selon ASTM D7905 - Propagation de la fissure due aux charges de cisaillement dans la section du stratifié
- Mixed Mode Bending Test (MMB Test) - permet d'étudier simultanément la propagation des fissures en Mode I et en Mode II et offre ainsi l'avantage de simuler des conditions de propagation des fissures plus réalistes dans les matériaux et structures, ce qui s’avère, dans de nombreuses applications pratiques, plus pertinent que l'étude isolée du Mode I ou du Mode II
Aperçu des normes Mode I Mode II Mixed Mode I/II Téléchargements Demander conseil
Méthodes normalisées pour la détermination du taux de libération d’énergie Gc
Les méthodes d’essai dénies dans les normes pour la détermination du taux de libération de l’énergie fournissent des informations sur l'énergie se rapportant aux surfaces de rupture qui devra être appliquée à un échantillon défini afin de faire progresser une fissure. Le résultat obtenu est une valeur, qui décrit la sensibilité de propagation de fissure d'un stratifié. Lors de la mesure, une distinction est faite selon le type de sollicitation:
| Mode I* | Mode II | Mode II | Mixed Mode I/II | |
|---|---|---|---|---|
| Montage d’essai | Double Cantilever Beam Test (DCB Test) | End Notch Flexure Test (ENF Test) | Calibrated End Loaded Split Test (C-ELS Test) | Mixed Mode Test (MMB-Test) |
| Type de sollicitation |
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| Normes |
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* Mode I est le mode le plus fréquemment utilisé
Mode I Double Cantilever Beam Test ASTM D5528, ISO 15024, EN 6033
Les taux de libération de l’énergie en Mode I sont généralement réalisés avec un montage d’essai DCB Test (Double Cantilever Beam) selon l’ASTM D5528, EN 6033 et l’ISO 15024. Les déroulements d'essais et exploitations de résultats diffèrent selon la norme appliquée.
Éprouvette DCB:
- Une éprouvette Double Cantilever Beam (DCB) se compose de deux barres parallèles (cantilever) reliées entre elles par leurs extrémités libres. L’éprouvette Double Cantilever est dotée d'une fissuration dans le plan du stratifié, qui aura par exemple été créée par mise en place d'un film plastique pendant la stratification.
Préparation de l’essai et réalisation de l'essai:
- Lors de la préparation de l’essai, les Loading Blocks sont collés sur l'éprouvette. Ils sont suspendus dans l’appui éprouvette via le
trou de raccord Ø 8 mm. - Une force de traction est appliquée via les Loading Blocks. Cela crée une ouverture de la fissure.
- Pendant l'essai, l'ouverture de la fissure sera mesurée comme course traverse et corrigée de la somme de la déformation sur le côté de l'éprouvette. L'énergie utilisée est calculée à partir de l'intégrale de la force mesurée pour la déformation. Dans un premier temps, la croissance de la fissure est suivie à l'œil nu sur le côté de l'éprouvette.
- L'exploitation de la fissure s'effectuera ensuite en macrographie sur la surface latérale de l'éprouvette.
- Le suivi visuel des fissures à l’aide de l'option Video Recording permet d'obtenir des résultats de mesure compréhensibles grâce à une évaluation ultérieure et précise du déroulement d'essai sur vidéo. Pour ce faire, des loupes numériques - entraînées le long de l'éprouvette en fonction de la progression de la fissure - qui enregistrent une vidéo pendant la mesure seront utilisées. Cette vidéo est synchronisée, image par image, avec la courbe des valeurs mesurées. L'essai pourra ainsi être vérifié ultérieurement et même corrigé.
Enregistrement du webinaire: G1C-Test Mode I
Pour la détermination du taux de libération de l’énergie interlaminaire G1c selon le Double Cantilever Beam (DCB) Test, la plupart des normes requièrent un enregistrement simultané de la force, du déplacement et du développement de la fissure. Découvrez comment simplifier l’acquisition de données et l’évaluation de données dans le cadre d’un test DCB selon ASTM D5528 avec le Video Recording de ZwickRoell:
- Différenciation Mode I DCB Test et Mode II ENF Test (4:04)
- Normes importantes pour Mode I Méthode DCT Test (5:10)
- Comment le test DCB fonctionne-t-il? (5:42)
- Échantillon DCB et préparation de l’essai (9:08)
- Montage d’essai DCB (15:15)
- Réalisation de l'essai – Live-Demo (16:21)
- Q&A (31:48)
Mode II End Notch Flexure (ENF) Test ASTM D7905, EN 6034
Le Mode II, cisaillement dans le plan, est fréquemment mesuré dans le Test ENF (End Notch Flexure).
Outre l'essai de flexion, l'essai de traction et de compression sur éprouvettes entaillées permettront de créer et mesurer les sollicitations en Mode II.
La mesure du taux de libération d’énergie du Mode II, normalisée dans l’ASTM D7905, EN 6034 comme essai de flexion, est réalisée comme essai de flexion 3 points ou plus rarement comme essai de flexion 4 points. Les contraintes de compression apparues en essai de flexion seront utilisées ici pour faire progresser la fissure.
Le terme SENB (Single End Notch Bending) désigne l'éprouvette, mais l'abréviation ENF (End Notch Flexure) est également employée. La mesure du fléchissement s'effectue via la course traverse (avec correction de rigidité), ou au moyen d'un capteur de course qui sera centré sur l'éprouvette.
Le point d'initiation de la fissure est caractérisé par une force maximale. En fin de mesure, l'éprouvette est refroidie à l'azote liquide puis entièrement cassée afin de mesurer les surfaces de rupture.
Mixed Mode Bending Test (Test MMB) ASTM D6671
Le Mixed Mode Bending Test (Test MMB) permet d'étudier simultanément la propagation des fissures en Mode I et en Mode II et offre ainsi l'avantage de simuler des conditions de propagation des fissures plus réalistes dans les matériaux et structures, ce qui s’avère, dans de nombreuses applications pratiques, plus pertinent que l'étude isolée du Mode I ou du Mode II.
- Le Mixed Mode Bending Test (Test MMB Test) est décrit dans la norme ASTM D6671.
- Le fléchissement „Mixed Mode“ peut être mesuré sur stratifiés unidirectionnels.
- L’ouverture de la fissure (mode I) s’effectue par application d’une force de traction via les charnières. Le cisaillement dans le plan (mode II) est créé par une contrainte de flexion. Le rapport entre l'ouverture de la fissure et le cisaillement est réglé par ajustement du point d'application de la force sur le bras de levier. Il s’étend d'une contrainte de 100% en Mode II à une importante superposition en Mode I.
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