Dispositif d'essai de cisaillement Iosipescu (ASTM D5379)

Modèle n° WTF-IO (acier inoxydable)

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Fig. 1 : Support d'essai de cisaillement Iosipescu ASTM Standard D5379, montré avec l'adaptateur optionnel

Le dispositif d'essai de cisaillement Iosipescu a été activement développé pour les matériaux composites à la fin des années 1970 et au début des années 1980 par le groupe de recherche sur les matériaux composites de l'université du Wyoming. Depuis, un grand nombre de dispositifs ont été fournis à des groupes de recherche du monde entier et la méthode d'essai est aujourd'hui largement utilisée. La norme ASTM D5379 régissant la méthode d'essai a été publiée pour la première fois en 1993 (référence 1). Les procédures générales d'essai sont décrites dans cette norme. En outre, les références citées ici contiennent de nombreuses informations supplémentaires sur les résultats généralement obtenus.

Le spécimen d'essai standard (tel qu'il est installé sur la photo de face de la figure 1) mesure 3 pouces de long, 0,75 pouce de large et peut avoir une épaisseur allant jusqu'à 0,50 pouce. En général, on utilise une éprouvette d'une épaisseur de l'ordre de 0,1 pouce. Le dispositif peut également accueillir des échantillons plus courts et plus étroits, si nécessaire. Une encoche de 90° est usinée sur chaque bord de l'échantillon et une jauge de contrainte peut être montée sur la surface de l'échantillon dans la région de l'encoche pour contrôler la contrainte de cisaillement. Une jauge biaxiale standard ±45° ou une jauge spéciale de type Iosipescu est couramment utilisée. La tige de petit diamètre qui dépasse du dispositif de fixation sous l'encoche inférieure de l'éprouvette (photo de face de la figure 1) est soulevée avec un doigt lors de l'installation d'une éprouvette, afin de centrer l'éprouvette de gauche à droite. Le spécimen est poussé vers le haut contre l'arrière plat de la fixation pour le positionner d'avant en arrière. Les cales coniques ne sont pas destinées à être des pinces ; elles sont réglées à l'aide de boutons pour s'adapter à des spécimens de largeur légèrement différente. Des cales d'une autre épaisseur peuvent être fournies pour s'adapter aux échantillons en dehors de cette petite plage de variation d'épaisseur.

La moitié mobile du dispositif comprend un roulement à billes linéaire (voir la photographie de la vue arrière de la figure 1) qui se déplace sur un montant vertical en acier trempé monté dans la base du dispositif. Ce roulement à billes élimine le blocage du guide et minimise la résistance à la friction. L'ajustement du roulement peut être réglé à l'aide de la vis et de l'écrou de blocage visibles à l'arrière de la moitié mobile du dispositif.

En cours d'utilisation, l'appareil repose sans contrainte directement sur la base de la machine d'essai. Un goujon standard de 1,25 po de diamètre avec anneau de blocage et trou de goupille transversale de 0,50 po de diamètre, fileté dans la moitié mobile de l'appareil, est disponible à l'achat avec l'appareil, comme illustré sur l'appareil de taille standard à la Fig. 2. Tout adaptateur spécial requis à attacher ce goujon à la machine d'essai particulière utilisée, telle que la norme Instron Type Df (Fig. 1), peut être fourni en option pour un coût supplémentaire nominal. L'adaptateur est épinglé sur le goujon et fixé à l'aide de l'anneau de verrouillage fourni avec l'appareil.

Un exemple de montage spécial est illustré à la figure 2. Le petit dispositif de gauche est essentiellement un modèle à l'échelle un quart du dispositif standard, conçu pour tester un échantillon de seulement 20 mm de long, 5 mm de large et jusqu'à 5 mm d'épaisseur. Un dispositif de taille standard est présenté à droite à des fins de comparaison. Des montages spéciaux plus grands que la norme ont également été fabriqués pour des clients.

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Fig. 2 : Quart d'échelle Iosipescu Dispositif de cisaillement (gauche) et Fixation standard (droite)

La figure 3 montre un dispositif spécial conçu pour les essais à haute température. Ce dispositif est fabriqué en nickel superalliage pour une utilisation à des températures allant jusqu'à 815ºC (1500ºF). Comme il n'existe pas de douilles à billes capables de fonctionner à ces températures élevées, la moitié droite de l'appareil se déplace sur un poteau d'alignement de grand diamètre et bien ajusté. De plus, comme ce gabarit est normalement utilisé dans un four à haute température, la base du gabarit contient un trou fileté (à peine visible) pour la fixation à une colonne de support, et un goujon fileté est prévu en haut pour la fixation.

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Fig. 3 : Nickel Superalliage Iosipescu Dispositif d'essai de cisaillement pour utilisation jusqu'à 815°C (1500°F)

Sources d'informations supplémentaires :

1) ASTM Standard D5379-12, "Standard Test Method for Shear Properties of Composite Materials by the V-Notched Beam Method", American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, Pennsylvania (première publication en mai 1993).

2) N. Iosipescu, "New Accurate Procedure for Single Shear Testing of Metals" (Nouvelle procédure précise pour l'essai de cisaillement simple des métaux). Journal of Materials, vol. 2, n° 3, septembre 1967, p. 537-566.

3) D.E. Walrath et D.F. Adams, "The Iosipescu Shear Test as Applied to Composite Materials", (L'essai de cisaillement Iosipescu appliqué aux matériaux composites).Mécanique expérimentale, vol. 23, n° 1, mars 1983, p. 105-110.

4) D.F. Adams et D.E. Walrath, "Current Status of the Iosipescu Shear Test Method", (État actuel de la méthode d'essai de cisaillement Iosipescu). Journal des matériaux compositesVol. 21, juin 1987, p. 484-505.

5) D.F. Adams et D.E. Walrath, "Further Development of the Iosipescu Shear Test Method", (Développement de la méthode d'essai de cisaillement Iosipescu).Mécanique expérimentale, vol. 27, n° 2, juin 1987, p. 113-119.

6) D.F. Adams, "The Iosipescu Shear Test Method as Used for Testing Polymers and Composite Materials", (La méthode d'essai de cisaillement Iosipescu utilisée pour tester les polymères et les matériaux composites). Composites polymères, vol. 11, n° 5, octobre 1990, p. 286-290.

7) D.F. Adams et E.Q. Lewis, "Experimental Strain Analysis of the Iosipescu Shear Test Specimen", (Analyse expérimentale de la déformation de l'éprouvette de cisaillement Iosipescu). Mécanique expérimentale, vol. 35, n° 4, décembre 1995, p. 352-360.