Dispositif d'essai de cisaillement sur rail à encoche en V (ASTM D7078)

Modèle n° WTF-NR (acier inoxydable)

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Fig. 1 : Dispositif d'essai de cisaillement sur rail à encoche en V avec une éprouvette standard à encoche en V (en haut au centre).

L'éprouvette standard ASTM D7078 de cisaillement de rail à encoche en V est longue de 3,0 pouces (la même que l'éprouvette standard Iosipescu), mais large de 2,20 pouces (contre 0,75 pouce pour l'éprouvette standard ASTM D5379 Iosipescu), ce qui donne une section de jauge beaucoup plus grande entre les encoches (1,20 pouce de large contre 0,45 pouce). Le rapport de 0,227 entre la profondeur et la largeur de l'entaille de l'échantillon est similaire au rapport de 0,200 de l'échantillon Iosipescu standard, ce qui permet de préserver la géométrie de la section de jauge.

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Fig. 2 : Dispositif d'essai de cisaillement des rails à encoches en V (ASTM D7078).

Une longueur de 1,0 pouce le long de chaque extrémité du spécimen est saisie par le dispositif d'essai. En d'autres termes, le spécimen est saisi jusqu'aux encoches, ce qui fait qu'une zone non saisie de 1,0 pouce du spécimen est exposée entre les poignées. Le montage est fourni avec des trous filetés dans chaque moitié du montage d'essai pour la connexion à la machine d'essai. Des adaptateurs optionnels, tels que le goujon standard de 1,25 pouce de diamètre avec un trou transversal de 0,50 pouce de diamètre (Instron Type Dm) illustré à la figure 1-3, peut être fourni pour s'adapter à la machine d'essai du client.

Une découpe est illustrée dans l'assemblage de la poignée inférieure à gauche sur les figures 1 et 2. Cette découpe permet d'installer l'échantillon sans avoir à retirer le dispositif de la machine d'essai, ce qui est parfois souhaitable, par exemple lors d'essais à température élevée ou d'essais cryogéniques.

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Fig. 3 : Montage de l'essai de cisaillement sur rail à encoche en V.

Une paire d'entretoises (gabarits) pour l'installation des échantillons, illustrée à la figure 4, est fournie avec chaque montage. Ces gabarits sont également représentés à l'extrême gauche de la figure 1. Ces gabarits d'installation sont utilisés pour aider à centrer les encoches des échantillons entre les rails pendant l'installation, et ont été jugés très utiles par les utilisateurs de ce montage d'essai. Une fois l'installation des échantillons terminée, les gabarits d'installation sont retirés.

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Fig. 4 : Utilisation d'entretoises d'installation (gabarits) pour centrer l'échantillon.

Des dispositifs de cisaillement de rails à encoches en V de configuration spéciale peuvent également être conçus et fabriqués. La figure 5 montre un dispositif de cisaillement à largeur de section ajustable spécialement conçu. Des dispositifs non réglables pour des largeurs de section non standard (fixes) peuvent également être fabriqués.

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Fig. 5 : Dispositif spécial d'essai de largeur de section de jauge réglable pour tester des échantillons de largeur de section de jauge variable (augmentée).

Un montage d'essai de cisaillement de rail à encoches en V à chargement combiné, illustré à la figure 6, a été fabriqué en usinant la hauteur de la cavité de l'éprouvette pour qu'elle soit identique à la largeur de l'éprouvette (2,20 po). La profondeur de la cavité dans chaque moitié du montage est également augmentée à 2,0 pouces et la longueur de l'éprouvette entaillée en V passe de 3,0 à 5,0 pouces. Lorsque l'éprouvette est chargée et tente de glisser et donc de tourner dans le dispositif de fixation, les bords de l'éprouvette sont chargés, comme pour l'éprouvette standard ASTM D5379 pour l'essai de cisaillement Iosipescu. En d'autres termes, l'éprouvette est soumise à une charge combinée sur les bords et sur la face, c'est-à-dire à une charge combinée de cisaillement (CLS). Notez également que le corps du dispositif est beaucoup plus lourd et que quatre vis de plus grand diamètre sont utilisées de chaque côté par rapport aux trois vis du dispositif standard. L'inconvénient de cette conception est que la largeur de l'échantillon doit être usinée avec précision afin qu'il y ait un ajustement étroit entre l'échantillon et l'ouverture de la fixation.

Dispositif d'essai de cisaillement des rails en V_6

Fig. 6 : Le montage d'essai de cisaillement par chargement combiné (CLS) (à gauche) est présenté avec le montage d'essai de cisaillement sur rail à encoche en V standard (à droite).

Comme alternative, un montage d'essai de cisaillement de rail à encoche en V à chargement combiné réglable a été développé. Ce montage est présenté en comparaison avec le montage standard de l'essai de cisaillement sur rail à encoche en V à la Fig 7. Notez que la profondeur de la cavité dans laquelle l'échantillon est saisi a été augmentée de 1 in. à 2 in. dans le montage d'essai de cisaillement à chargement combiné (à gauche) afin de fournir une plus grande surface et une plus grande distance entre les bords pour le chargement de l'échantillon. Alors que l'éprouvette de cisaillement de rail entaillé en V standard mesure 3 po x 2,2 po, comme le montre la figure 5 ci-dessus, l'éprouvette de cisaillement à chargement combiné mesure 5 po x 2,2 po. Cependant, la taille et la forme de la section centrale entaillée de l'éprouvette sont les mêmes pour les deux configurations d'essai.

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Fig. 7 : Dispositif d'essai de cisaillement à charge combinée (CLS) réglable (à gauche) et dispositif d'essai de cisaillement sur rail à encoche en V (à droite).

Le montage d'essai de cisaillement à charge combinée réglable est montré partiellement démonté à la figure 8. Une plaque plate est en contact avec le bord de l'éprouvette et est maintenue contre l'éprouvette par une vis. Cette vis peut être utilisée pour ajuster la largeur de l'éprouvette ou pour appliquer une précharge sur les bords de l'éprouvette.

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Fig.8 : Dispositifs d'essai de cisaillement à charge combinée (CLS) ajustables, dont une moitié est démontée à gauche.

Sources d'informations supplémentaires :

1) Norme ASTM D7078-05 (2005), "Standard Test Method for Shear Properties of Composite Materials by the V-Notched Rail Shear Method", American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, Pennsylvanie (première publication en avril 2005).

2) Adams, D. O., Moriarty, J. M., Gallegos, A. M., and Adams, D. F., "Development and Evaluation of the V-Notched Rail Shear Test for Composite Laminates," Federal Aviation Administration Report DOT/FAA/AR-03/63, FAA Office of Aviation Research, Washington, D.C., September, 2003.

3) Hussain, A. K. et Adams, D. F., "An Analytical and Experimental Evaluation of the Two-Rail Shear Test for Composite Materials," University of Wyoming Composite Materials Research Group Report UW-CMRG-R-98-105, février 1998.

4) Adams, D. O., Moriarty, J. M., Gallegos, A. M., et Adams, D. F., "The V-Notched Rail Shear Test", (Essai de cisaillement de rail entaillé en V). Journal des matériaux composites, vol. 41, n° 3, février 2007, p. 281-297.

5) Adams, D.O., Gallegos, A.M, Moriarty, J.M., et Adams, D.F., "A V-Notched Rail Shear Test for Composite Laminates," Proceedings of the 2002 SEM Annual Conference, Milwaukee, WI, June 2002.

6) Adams, D.O., Moriarty, J.M., Gallegos, A.M., et Adams, D.F., "Development and Evaluation of a V-Notched "Rail Shear Test"," Proceedings of the 2002 SAMPE Technical Conference, Baltimore, MD, November 2002.

7) Hussain, A.K., et Adams, D.F., "The Wyoming-Modified Two-Rail Shear Test Fixture for Composite Materials", (Le dispositif d'essai de cisaillement à deux rails modifié du Wyoming pour les matériaux composites). Journal of Composites Technology and Research, vol. 21, n° 4, octobre 1999, p. 215-223.

8) Hussain, A.K., et Adams, D.F., "Experimental Evaluation of the Wyoming-Modified Two-Rail Shear Test Method for Composite Materials", (Évaluation expérimentale de la méthode d'essai de cisaillement à deux rails modifiée par le Wyoming pour les matériaux composites). Mécanique expérimentale, vol. 44, n° 4, août 2004, p. 354-364.

9) Hussain, A.K., et Adams, D.F., "Analytical Evaluation of the Two-Rail Shear Test Method for Composite Materials", (Évaluation analytique de la méthode d'essai de cisaillement à deux rails pour les matériaux composites). Science et technologie des compositesVol. 64, 2004, p. 221-238.