Dispositif d'essai de compression à charge combinée du Wyoming (ASTM D6641)
Modèle n° WTF-EL (acier inoxydable)
Fig. 1 : Montage du dispositif d'essai de compression à charge combinée du Wyoming avec l'échantillon installé.
Le dispositif d'essai de compression à charge combinée (CLC) du Wyoming, initialement mis au point à l'Université du Wyoming (références 1 à 3), est devenu la norme ASTM D6641 en 2001 (référence 4).
Le dispositif CLC se compose de deux paires de blocs d'acier, chaque paire étant serrée ensemble par quatre boulons, comme indiqué à la figure 1. Une fois installés, les extrémités de l'éprouvette de 5,5 pouces de long affleurent les extrémités des blocs. Les surfaces de préhension de 1,2" de large des blocs sont destinées à tester des spécimens d'une largeur nominale de 1".
Fig. 2 : Dispositif partiellement démonté montrant les surfaces de préhension recouvertes de particules de carbure de tungstène.
Ces surfaces de préhension sont revêtues de particules de carbure de tungstène, comme le montre la figure 2, afin d'augmenter la force de friction et de permettre ainsi un transfert de charge de cisaillement plus important dans l'échantillon. Et comme ces surfaces sont relativement lisses (particules de 100 grains), elles n'endommagent pas la surface de l'éprouvette. Cela permet l'utilisation de spécimens non ébarbés dans de nombreuses applications, un avantage majeur en termes de coût de fabrication des spécimens.
En ajustant le couple de serrage, on peut contrôler le rapport entre la charge d'extrémité et la charge de cisaillement de l'éprouvette, c'est-à-dire qu'on peut obtenir une charge combinée. Cela permet de tester avec succès des matériaux plus résistants que si l'éprouvette était purement chargée en bout (en évitant l'écrasement des extrémités), et une force de serrage moindre que si l'éprouvette était purement chargée en cisaillement (concentrations de contraintes induites par le serrage plus faibles).
Les blocs de fixation empêchent également le flambage brutal de l'échantillon. Deux tiges d'alignement dans des roulements linéaires sont utilisées pour maintenir les paires de blocs supérieure et inférieure alignées, les roulements linéaires éliminant le frottement des tiges d'alignement. L'évidement circulaire représenté sur l'une des faces permet de dégager un extensomètre monté sur le bord, le cas échéant. Il est également possible d'utiliser des jauges de contrainte collées sur l'une ou les deux faces de l'éprouvette.
Le montage assemblé, avec un spécimen installé, est placé sans contrainte sur une base plate de la machine d'essai, et chargé directement sur sa face supérieure par un plateau plat monté dans la traverse de la machine d'essai.
Le montage d'essai de compression à charge combinée (CLC) de Wyoming est conçu pour accueillir des échantillons tabulés ou non tabulés de 5,5" de long. Il s'agit de la même longueur que celle couramment utilisée avec la méthode d'essai sur éprouvettes tabulées de l'IITRI (ASTM D3410). La longueur du gabarit (la distance entre les blocs d'extrémité de retenue), à 0,50", est également la même. Le dispositif CLC peut être utilisé pour tester des échantillons de longueur non standard en modifiant simplement la longueur totale de l'échantillon. Ce dispositif est relativement compact, avec un poids de 10,6 lb.
La méthode d'essai CLC s'est avérée parfaitement adaptée aux essais de compression. sans tabou des spécimens de matériaux de résistance modérée, par exemple des composites présentant des résistances à la compression allant jusqu'à environ 150 %. ksiqui comprend les stratifiés à couches croisées et quasi-isotropes, les composites en tissu, les composites à fibres hachées aléatoires et d'autres matériaux de résistance similaire ou inférieure. Dans de tels cas, il a été démontré que le montage d'essai CLC produit des valeurs de résistance à la compression et de module tout à fait équivalentes à celles obtenues à l'aide d'éprouvettes à onglet et de montages d'essai plus complexes et plus coûteux tels que les configurations IITRI, Wyoming Modified IITRI, Celanese et Wyoming Modified Celanese (références 1 à 3).
Des montages non standard peuvent également être conçus et fabriqués. Par exemple, la figure 3 compare le montage standard (à gauche) avec un montage conçu pour accueillir des échantillons de la même longueur de 5,5 pouces mais d'une largeur allant jusqu'à 2,5 pouces.
Fig. 3 : Fixation standard ASTM D 6641 (à gauche) et fixation spéciale pour largeur d'échantillon de 2,5" (à droite).
La figure 4 montre un montage de taille réduite, conçu pour tester des spécimens de seulement 2,5 pouces de long et jusqu'à 0,5 pouce de large, avec un montage standard en arrière-plan pour comparaison.
Fig. 4 : Montage spécial de taille réduite montré (démonté) au premier plan, avec un appareil standard à l'arrière-plan.
Trois montages CLC de tailles différentes sont illustrés à la figure 5, à titre d'exemples des variations de taille parfois utilisées. Nous avons conçu et fabriqué des montages CLC encore plus grands et plus petits.
Fig. 5 : Trois dispositifs de test de compression à charge combinée de tailles différentes, le dispositif de taille standard étant représenté au centre.
Un montage spécial CLC, avec quatre tiges d'alignement et des roulements linéaires, est montré partiellement démonté à gauche de la Fig. 6. Un dispositif standard partiellement démonté est présenté à droite. Avec l'intérêt croissant pour l'utilisation des techniques de corrélation d'images numériques (DIC) afin d'obtenir des déplacements plein champ de la surface de l'éprouvette, il est nécessaire que l'instrumentation puisse visualiser la face de l'éprouvette. Les deux tiges d'alignement de l'appareil standard bloquent cette vue. En utilisant quatre tiges d'alignement, une ligne de vue est disponible entre les paires de tiges, tout en maintenant la symétrie du montage.
Fig. 6 : Un montage d'essai spécial de compression à charge combinée (CLC) avec quatre tiges d'alignement est montré à gauche avec un montage standard à droite.
Une autre vue de l'appareil spécial avec quatre tiges d'alignement de la figure 6 est montrée entièrement démontée dans l'avant-plan de la figure 7, avec les bandes d'espacement et une bande de poussée pour installer des échantillons de 1/2" et 1" de large. Un dispositif complètement assemblé est montré à l'arrière-plan avec un dispositif standard. Ce dispositif spécial pèse 20 lb, soit environ le double du dispositif standard, et peut accueillir des échantillons d'une largeur allant jusqu'à 2,5", si nécessaire. L'espace libre entre les tiges d'alignement est légèrement supérieur à 1,2".
Fig. 7 : Le montage spécial CLC à quatre tiges d'alignement est montré complètement démonté au premier plan. Un montage assemblé et un montage standard sont représentés à l'arrière-plan.
Les surfaces de préhension des particules de carbure de tungstène de l'un des montages ci-dessus finiront par s'user après une utilisation à long terme (généralement plusieurs centaines d'essais d'échantillons), et il faudra peut-être les recouvrir. Au fur et à mesure que l'usure progresse, des couples de serrage de plus en plus élevés seront nécessaires pour obtenir des résultats équivalents. Un exemple extrême d'usure de surface est illustré à la figure 8. Normalement, l'utilisation du dispositif n'est pas poursuivie jusqu'à ce point. Le revêtement d'origine peut être meulé et la fixation recouverte d'un nouveau revêtement, ce qui redonne à la fixation son aspect d'origine. condition.
Fig. 8 : Exemple d'un banc d'essai de compression à charge combinée de taille standard bien utilisé. L'usure des surfaces de préhension des particules de carbure de tungstène causée par une éprouvette de ½" de large peut être seenavec excessif l'usure aux extrémités près de la section de la jauge du spécimen.
Sources d'informations supplémentaires :
1) D.F. Adams et J.S. Welsh, "The Wyoming Combined Loading Compression (CLC) Test Method", (Méthode d'essai de compression à charge combinée du Wyoming).Journal of Composites Technology and Research, vol. 19, n° 3, 1997, p. 123-133.
2) P.M. Wegner et D.F. Adams, "Verification of the Combined Load Compression (CLC) Test Method", rapport n° DOT/FAA/AR-00/26, centre technique de la Federal Aviation Administration, Atlantic City, New Jersey, août 2000.
3) J.S. Welsh et D.F. Adams, "Current Status of Compression Test Methods for Composite Materials", (État actuel des méthodes d'essai de compression pour les matériaux composites). Journal de la SAMPE, vol. 33, n° 1, janvier 1997, p. 35-43.
4) ASTM Standard D 6641-09 (2009), "Test Method for Determining the Compressive Properties of Polymer Matrix Composite Laminates Using a Combined Loading Compression (CLC) Test Fixture", American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, Pennsylvania (première publication en 2001).
5) D.F. Adams et G.A. Finley, "Experimental Study of Thickness-Tapered Unidirectional Composite Compression Specimens", (étude expérimentale des éprouvettes de compression en composite unidirectionnel). Mécanique expérimentaleVol 36, n° 4, décembre 1996, p. 348-355.
6) S.L. Coguill et D.F. Adams, "Use of the Wyoming Combined Loading Compression (CLC) Fixture to Test Unidirectional Composites," Proceedings of the 44th International SAMPE Symposium, Long Beach, Californie, mai 1999, pp. 2322-2331.
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