Dispositif de test de compression à trou ouvert de Boeing (ASTM D6484)

Modèle n° WTF-OH (acier inoxydable)

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Fig. 1 : Montage assemblé sans échantillon installé.

Le dispositif d'essai de compression à trou ouvert de Boeing a été développé par la société Boeing (références 1 à 4). La méthode d'essai générale est également décrite dans la méthode recommandée SACMA SRM 3R-94 (référence 2). La dernière version du montage de Boeing, décrite dans les références 3 et 4, a été adoptée comme norme ASTM D6484 (référence 5).

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Fig. 2 : Dispositif démonté, montrant les surfaces de préhension traitées par pulvérisation thermique.

 L'échantillon, qui est généralement, mais pas nécessairement, un stratifié quasi-isotrope, mesure 12 pouces de long, 1,5 pouce de large et environ 0,1 pouce d'épaisseur, et contient un trou de 0,25 pouce de diamètre en son centre. Une norme de la NASA, décrite dans la référence 6, spécifie un spécimen beaucoup plus large (5 pouces de large) et n'est donc pas couramment utilisée, car elle est moins conservatrice du matériau testé. Un concurrent beaucoup plus populaire de la configuration Boeing est le dispositif d'essai de compression à trou ouvert de Northrop (référence 7), Wyoming Test Fixtures Model WTF-NH. Une comparaison détaillée de ces dispositifs est présentée dans la référence 8. Une discussion complémentaire est présentée dans la référence 9.

L'éprouvette de compression à trou ouvert de Boeing est soumise à une charge de cisaillement ou d'extrémité en compression jusqu'à la rupture dans le montage illustré aux figures 1 et 2, l'éprouvette s'étendant d'une extrémité à l'autre du montage. Le montage supporte l'éprouvette de manière continue sur ses deux faces, un espace suffisant étant prévu dans les joints en forme de V décalés des deux côtés du montage (voir le montage partiellement assemblé sur la figure 2) afin qu'aucun contact ne se produise entre ces joints pendant la charge de compression de l'éprouvette. Des plaques de guidage sont prévues de chaque côté du dispositif pour maintenir l'alignement de l'assemblage.

Le dispositif assemblé, avec l'échantillon installé, peut être saisi à chaque extrémité par des pinces hydrauliques dans la machine d'essai (chargement par cisaillement), ou aligné verticalement entre des plateaux plats (chargement par l'extrémité). La charge de cisaillement est privilégiée dans la spécification de Boeing, mais elle nécessite des pinces hydrauliques relativement grandes, c'est-à-dire généralement d'une largeur d'au moins 2 pouces et capables d'une ouverture d'au moins 1,3 pouce, comme l'indique la figure 3.

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Fig. 3 Dispositif d'essai de compression à trou ouvert de Boeing serré dans des pinces hydrauliques de 55 kip

Si l'éprouvette est chargée aux extrémités, il peut être souhaitable de fournir une force de serrage supplémentaire aux extrémités de l'éprouvette, afin de minimiser le frottement des extrémités. La norme ASTM D6484 (référence 5), dans sa révision de 2004, a ajouté quatre trous à chaque extrémité du dispositif de fixation pour les boulons de serrage, comme le montre la figure 4. Ces trous sont maintenant incorporés dans le dispositif de fixation du modèle WTF-OH.

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Fig. 4. Version ASTM D6484-04 (2004) du dispositif de fixation avec quatre trous de boulons supplémentaires à chaque extrémité, pour le serrage mécanique de l'échantillon s'il est chargé en bout.

Si le montage est chargé entre des plateaux plats, il faut prévoir un certain type de contrainte latérale pour que le montage ne glisse pas d'entre les plateaux lorsqu'il est chargé en compression, par mesure de sécurité. Glisser les extrémités du montage dans des raccords peu profonds en forme de boîte fixés à la machine d'essai est une option disponible auprès de Wyoming Test Fixtures, Inc. comme le montre la figure 5.

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Fig 5. Boîtes de contraintes d'extrémité à utiliser lors de la charge d'extrémité de l'échantillon.

Une première version du montage d'essai de compression à trou ouvert de Boeing comprenait des découpes pour dégager les jauges de contrainte collées aux surfaces de l'échantillon et pour permettre l'évacuation du câblage des jauges. Ce montage est illustré à la figure 6. Les spécifications ultérieures de Boeing, ainsi que la norme ASTM, n'incluent pas ces découpes, les jauges de contrainte n'étant pas utilisées.

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Fig. 6. Version Boeing BSS 7260 du dispositif d'essai de compression à trou ouvert, avec des découpes ajoutées pour les jauges de contrainte, les plaques d'alignement filetées et les surfaces de préhension usinées. Une éprouvette standard de 12 pouces sur 1,5 pouce de large avec un trou central de 0,25 pouce de diamètre est représentée en bas.

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Fig. 7 : Dispositif d'essai de compression à trou ouvert de Boeing pour éprouvettes de 6 x 17 pouces.

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Fig. 8 : Le dispositif d'essai de compression à trou ouvert Small Boeing personnalisé (pour des échantillons de 1,5 x 7,5 pouces) est illustré à gauche, tandis que le dispositif standard est illustré à droite.

Sources d'informations supplémentaires :

1) Boeing Specification Support Standard BSS 7260, "Advanced Composite Compression Tests", The Boeing Company, Seattle, Washington (initialement publié en février 1982, révisé en décembre 1988).

 2) SACMA Recommended Method SRM 3R-94, "Open-Hole Compression Properties of Oriented Fiber-Resin Composites", Suppliers of Advanced Composite Materials Association, Arlington, Virginia, 1994.

 3) Document Boeing n° D888-10026, "Test Methods for Advanced Composites", The Boeing Company, Seattle, Washington, janvier 1996.

 4) Document Boeing n° D6-83079-71, "Test Method for Compressive Properties of Thin Composite Lamina and Laminates", The Boeing Company, Seattle, Washington, novembre 2003.

 5) ASTM Standard D6484/6484M-09 (2009), "Open-Hole Compressive Strength of Polymer Matrix Composite Laminates", American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, Pennsylvania (publié pour la première fois en 1999).

6) NASA Reference Publication 1092, "Standard Tests for Toughened Resin Composites", NASA-Langley Research Center, Hampton, Virginia, édition révisée, juillet 1983.

7) Spécification Northrop NAI-1504C, "Open Hole Compression Test Method", Northrop Corporation, Hawthorne, Californie, mai 1988.

8) S.L. Coguill et D.F. Adams, "A Comparison of Open-Hole Compression Fixtures by Experimental Evaluation," Proceedings of the 45th International SAMPE Symposium and Exhibition, May 2000.

9) D.F. Adams, "Open Hole Compression Testing" (essai de compression en trou ouvert). Composites haute performance, mars 2005, pp. 12-13.