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Taux de libération de l'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

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  • Brochure sur le secteur d’activité: Composites PDF 7 MO

Objectif de l'essai

Ces grandeurs caractéristiques livrent l'énergie se rapportant aux surfaces de rupture; elles devront être appliquées à une éprouvette définie, afin de faire progresser une fissure. Le résultat obtenu est une valeur, qui décrit la sensibilité de propagation de fissure d'un stratifié.

Différents types de sollicitation co-existent.

  • Mode I: Ouverture de la fissure
  • Mode II: Sollicitation de cisaillement le long du plan stratifié
  • Mode II Sollicitation de torsion perpendiculaire au plan stratifié

La mesure du taux de libération d'énergie en Mode I est la mesure la plus fréquemment employée; elle est décrite en terme de normes ISO, ASTM et EN. Aucune norme n'est proposée à ce jour pour le Mode III.

L'ASTM décrit d'autre part une méthode mixte, permettant une combinaison des Mode I et Mode II avec portions variables.

Mode I Mesure dans le montage d'essai DCB

  • Le Mode I Taux de libération d'énergie est habituellement réalisé avec des éprouvettes DCB (Double Cantilever Beam).
  • Cette éprouvette 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.
  • La sollicitation pourra être appliquée par Loading-Blocks collés, par charnières ou appuis spéciaux.
  • 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. Pour une meilleure traçabilité de la mesure, des loupes numériques entraînées le long de l'éprouvette seront utilisées.
  • Synchronisée image-par-image sur la courbe de mesure, la vidéo enregistrée permet ainsi une vérification et correction ultérieure de l'essai en cas de doute.
  • Les déroulements d'essais et exploitations de résultats diffèrent selon la norme appliquée.
  • Les normes sont: ISO 15024, ASTM D 5528, AITM 1-0005, AITM 1-0053, Boeing BSS 7273, CRAG méthode 600, NASA méthode RP 1092 ST-5, ESIS TC 4, prEN 6033 (retirée) 

Mode II – Mesure dans le montage d'essai SENB / ENF

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 en Mode II est standardisée dans un essai de flexion. Les contraintes de compression apparues en essai de flexion seront utilisées ici pour faire avancer 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 (MMB)

Le fléchissement „Mixed Mode“ peut être mesuré sur stratifiés unidirectionnels. Les Mode I et Mode II sont alors combinés.

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