Dispositifs d'essai de résistance à l'écrasement des stratifiés (ASTM D5961, procédures A, C, D)

Modèle n° WTF-LB-D5961 (A, C ou D) (acier inoxydable)

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Fig. 1 : ASTM D5961 Configurations A (centre supérieur), B (droite), C (gauche), D (centre inférieur).

La norme ASTM D5961 (référence 1) comprend quatre méthodes d'essai distinctes pour les paliers de stratifiés, identifiées comme les procédures A, B, C et D et illustrées à la figure 1. La procédure B est en fait un dispositif de support de spécimen et est décrite sur sa propre page de ce site Web. Les trois autres procédures sont des montages de support d'axe, comme nous le décrirons ici.

PROCÉDURE A : CHARGE DE TRACTION À DOUBLE CISAILLEMENT

La procédure A de l'ASTM D5961 est destinée à tester les stratifiés composites en double cisaillement. En d'autres termes, la broche du dispositif tente de cisailler un segment de l'éprouvette de stratifié composite en créant deux plans de cisaillement dans la broche. L'éprouvette standard mesure 5,5 pouces de long et 1,5 pouce de large, avec une épaisseur spécifiée comprise entre 0,125 et 0,208 pouce. On utilise une goupille ou une fixation de 1/4 de pouce de diamètre.

Ce dispositif d'essai simple est illustré à la figure 2. Les deux moitiés du montage sont séparées par une entretoise (non fournie) de la même épaisseur que l'échantillon testé. Il est évident qu'un morceau du même matériau d'essai peut être utilisé comme entretoise, si on le souhaite. L'éprouvette est fixée à l'autre extrémité du dispositif à l'aide de la goupille en acier trempé d'un quart de pouce de diamètre fournie, ou de la fixation légèrement serrée (20-30 in-lb) de l'utilisateur, s'il le souhaite. Étant donné qu'un bossage est présent au niveau du trou de la goupille, l'extrémité opposée du gabarit est plus épaisse d'une quantité égale afin que l'échantillon soit uniformément soutenu lorsqu'il est saisi.

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Fig. 2 : Dispositif standard ASTM D5961 Procédure A, montré assemblé à gauche et désassemblé à droite.

L'extrémité du gabarit avec l'entretoise en place est saisie dans une pince à coin de traction standard. Chaque moitié du gabarit a une épaisseur de 0,2 pouce ; cette poignée doit donc avoir une plage d'ouverture de 0,4 pouce plus l'épaisseur de l'entretoise (spécimen). L'extrémité libre de l'échantillon est maintenue dans une deuxième pince à coin de traction.

Une charge de traction est appliquée jusqu'à ce qu'une charge maximale soit atteinte, en contrôlant à la fois la force appliquée et la déformation du trou, comme décrit dans la norme ASTM.

Parfois, le client a besoin de tester des spécimens de taille non standard, ce qui oblige Wyoming Test Fixtures, Inc. à concevoir et à fabriquer un montage d'essai spécial sur mesure. Un exemple est illustré à la figure 3.

montages d'essai de résistance aux chocs des stratifiés_2

Fig. 3 : Dispositif standard de la procédure A de l'ASTM D5961 (à gauche) et dispositif spécial à grande échelle avec une broche de 1/2 po de diamètre (à droite).

Une autre version du montage d'essai illustré aux figures 1 et 2, qui satisfait également à toutes les exigences de la norme ASTM D5961, est le montage d'essai SACMA (voir la section H-2 de ce catalogue et la référence 2). Comme décrit dans la section H-2, le montage SACMA est beaucoup plus facile à utiliser car le porte-échantillon est d'une seule pièce, avec des douilles réglables pour s'adapter aux variations d'épaisseur de l'échantillon.

PROCÉDURE C : CISAILLEMENT SIMPLE, CHARGE DE TRACTION

La procédure C de l'ASTM D5961 charge le spécimen de palier stratifié en cisaillement simple. C'est-à-dire qu'un plan de cisaillement unique est développé dans la tige de chargement lorsque la charge de traction est appliquée. Le montage d'essai est illustré à la figure 4.

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Fig. 4 : Dispositif standard de la procédure C de l'ASTM D5961

L'éprouvette est placée sur la surface droite du montage d'essai, en alignant le trou de l'extrémité de l'éprouvette avec le trou indiqué dans le montage, puis une fixation est insérée et légèrement serrée. On peut aussi utiliser une goupille. L'embout plat situé en haut du montage d'essai est saisi par une poignée en forme de coin et une force de traction est appliquée à l'extrémité inférieure de l'éprouvette. La force maximale atteinte et la déformation du trou dans l'éprouvette sont enregistrées.

PROCÉDURE D : DOUBLE CISAILLEMENT, CHARGEMENT EN COMPRESSION

 
La procédure D de l'ASTM D5961 charge le spécimen de palier stratifié en double cisaillement à travers une fixation (ou une goupille) à tolérance étroite et à faible couple. Le dispositif de fixation est illustré à la figure 5.

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Fig. 5 : Dispositif d'essai des paliers stratifiés, procédure D (ASTM D5961)

Les deux éléments inférieurs du gabarit sont écartés pour permettre l'insertion de l'échantillon composite stratifié de 1,50 pouce de large, en alignant le trou de 1/4 pouce de diamètre près de l'extrémité de l'échantillon sur les trous du gabarit. Une goupille ou une attache est insérée dans le trou, l'attache étant serrée au couple voulu. L'extrémité supérieure du dispositif est maintenue dans une pince, tout comme l'extrémité inférieure de l'éprouvette. L'éprouvette est suffisamment courte pour éviter le flambage. Une éprouvette de 5,5 pouces de long est spécifiée dans la norme ASTM D5961. La charge de compression appliquée induit un double cisaillement à la fois dans l'éprouvette et dans la fixation de chargement (ou goupille). La charge à la rupture et la déformation du trou sont mesurées.

Source d'information supplémentaire :

1) Norme ASTM D5961/D5961M-13 (2013), "Bearing Response of Polymer Matrix Composite Laminates", American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, Pennsylvanie (publiée pour la première fois en 1996).

2) SACMA Recommended Method SRM 9-89, "Bearing Strength Properties of Oriented Fiber-Resin Composites," Suppliers of Advanced Composite Materials Association, Arlington, Virginia, 1989 (maintenant discontinué).