Essai de traction - M117

Essais de traction
Méthode de connaissances fondamentales
Type de document	Méthode
Identificateur de document	117
Classe pertinente	Matériau
Tags	Méthode Propriétés mécaniques caractérisation des matériaux Paramètres de résultat

Introduction

Cet essai est conçu pour déterminer les propriétés dans le plan des composites fibreux qui ont une disposition équilibrée et symétrique par rapport à la direction de l'essai. Cette page est basée sur la norme d'essai ASTM D3039 : « Méthode d'essai standard pour les propriétés de traction des matériaux composites à matrice polymère » La procédure de test utilise une fine bande rectangulaire de pierre composite Matériau de section constante (échantillon) chargé dans un cadre d'essai par des pinces serrant chaque extrémité de l'échantillon. Le cadre de charge applique une contrainte constante en tension et enregistre la force. Cela peut ensuite être utilisé pour déterminer la résistance ultime du matériau. Une jauge de contrainte peut également être fixée à l'échantillon pour déterminer la réponse contrainte-déformation, pour ensuite trouver le module d'élasticité, le coefficient de Poisson, la contrainte de traction ultime et la contrainte de transition.

Vous trouverez ci-dessous un exemple d'essai de traction effectué sur un échantillon de carbone unidirectionnel tel que présenté dans le webinaire sur Paramètres pour l'analyse structurelle des composites.

Pour plus d'informations sur les méthodes de test, consultez le webinaire suivant : Webinaire sur l'ingénierie des matériaux composites session 12 - Essais

Exemple d'un essai de traction effectué sur un échantillon composite unidirectionnel à 0 degré par rapport à l'orientation des fibres avec plusieurs jauges de contrainte attachées.

Spécimen de test

Exemple d'essai de traction avec un échantillon de carbone chargé dans un cadre de charge de 100 kN avec des pinces mécaniques

Pour les essais de traction de matériaux homogènes, les éprouvettes sont usinées en forme d'os de chien, dont le haut et le bas sont plus larges. Cela permet de concentrer les forces loin des pinces dans la zone où sont fixées les jauges. Cela n'est cependant pas possible pour les composites unidirectionnels, car une séparation axiale se produira le long des fibres, ce qui entraînera une défaillance prématurée de l'échantillon.Pour éviter cela, les éprouvettes composites doivent être rectangulaires avec une section transversale régulière et/ou avoir des languettes collées aux extrémités, voir la section sur les languettes ci-dessous. Pour en savoir plus sur les défis liés à l'essai de traction composite, voir CompositesWorld : Essais de traction des composites

La géométrie des échantillons peut varier en fonction du matériau testé. Il existe très peu d'exigences obligatoires concernant la géométrie, mais il existe quelques suggestions non obligatoires concernant les dimensions. Vous trouverez ci-dessous deux tableaux des exigences dimensionnelles obligatoires et suggérées.

Paramètre	Exigence
Forme	Section transversale rectangulaire constante
Longueur minimale	Zone de préhension + 2 x largeur + longueur de la jauge
Largeur	Selon les besoins ±1 % de la largeur
Grosor	Selon besoin ±4 % d'épaisseur
Platitude	Plat avec une légère pression des doigts

Lors de la détermination des dimensions d'un échantillon d'essai, l'objectif est que la défaillance se produise dans la section de jauge de l'échantillon. Il doit également y avoir un nombre représentatif de fibres dans la section transversale du matériau en vrac. La longueur de l'échantillon doit être supérieure au minimum défini dans le tableau, mais il est recommandé de viser une longueur nettement plus longue car cela minimisera les contraintes de flexion si les pinces sont légèrement mal alignées ou s'il y a une torsion dans l'échantillon. Les jauges doivent être placées au centre, loin des pinces. Le tableau ci-dessous est un conglomérat d'un certain nombre de laboratoires d'essai et de leurs meilleurs résultats. pratique qui ont donné des résultats fiables.

Paramètre	0° Unidirectionnel	90° Unidirectionnel	Pose discontinue ou équilibrée
Largeur (mm)	15	25	25
Longueur (mm)	250	175	250
Epaisseur (mm)	1	2	2.5
Longueur de la languette (mm)	56	25	Toile émeri
Épaisseur de la languette (mm)	1.5	1.5	-
Angle de biseau de la languette (°)	7 - 90	90	-

Tabs

Il existe de nombreuses méthodes différentes pour fixer les échantillons d'essai sur le dispositif de charge et l'une des options consiste à coller des languettes sur les extrémités de l'échantillon. Les languettes sont généralement fabriquées en verre E et sont utilisées pour transférer les charges dans l'échantillon et éviter une défaillance prématurée. Les languettes empêchent également l'échantillon d'être endommagé par les pinces lors du serrage.

La géométrie de la languette et son succès dépendent du matériau de l'échantillon et de l'orientation des fibres, ainsi que des types de pinces utilisées dans l'essai. Par exemple, l'angle de biseau a un effet sur le succès de l'essai avec différentes pinces. Les pinces sans coin à pression ont un meilleur succès avec des bords à 90°, tandis que les pinces à coin ont du succès avec des bords à faible angle, de 7 à 10°Il est important que l'épaisseur de la languette soit conservée de la même manière des deux côtés afin que l'échantillon soit positionné au centre des poignées.

Pour coller les languettes sur l'échantillon, il est recommandé d'utiliser un adhésif à forte élongation. L'adhésif doit avoir une épaisseur minimale et une ligne de collage uniforme.

Procédure

Premièrement, mesurez la section transversale de l'échantillon, mesurez la largeur et l'épaisseur dans trois zones et prenez la moyenne. Deuxièmement, assurez-vous que le cadre de charge est calibré.

L'essai doit être réalisé selon une procédure de déformation constante, dans un laps de temps de 1 à 10 minutes. Pour une configuration d'essai avec la possibilité d'appliquer une déformation constante, la vitesse doit être de 0.01 min-1. Si cela n'est pas possible, il est recommandé de régler une vitesse de traverse constante du cadre de charge à 2 mm/min. Lors du chargement de l'échantillon dans les pinces, il est important que l'échantillon soit aligné avec précision avec les pinces et qu'il ne soit pas chargé en biais. Un mauvais alignement modifiera considérablement le résultat des résultats, car la résistance du matériau change rapidement en raison de sa nature anisotrope.

Pour valider l'expérience, assurez-vous que la défaillance ne s'est pas produite dans la région des pinces ou au niveau d'un défaut évident de l'échantillon. Il peut être nécessaire de modifier la façon dont l'échantillon est saisi, car toutes les charges transférées dans l'échantillon se font par le biais du frottement entre les pinces et l'échantillon. La charge de traction de l'échantillon est présentée par le biais de la force de cisaillement de l'interface pince-échantillon, qui est égale à la force de serrage multipliée par le coefficient de frottement. Il n'est pas recommandé de modifier la surface de l'échantillon car cela pourrait l'endommager, mais plutôt de modifier la surface des pinces pour augmenter le frottement ou de placer de la toile émeri entre les pinces et l'échantillon. Il a également été suggéré que la surface des pinces puisse être recouverte d'un spray en caoutchouc ou en carbure de tungstène afin d'augmenter également le frottementIl est généralement recommandé d’effectuer cinq tests répétés pour obtenir des résultats statistiquement significatifs.

Calculs

Exemples d'échantillons d'essai de traction avec tissu en carbone tissé avec et sans languettes attachées

Vous trouverez ci-dessous les calculs qui peuvent être effectués avec les résultats des tests pour trouver les propriétés matérielles du stratifié.

Pour en savoir plus sur la façon de prédire les propriétés matérielles des lamelles et des stratifiés, consultez Micro-mécanique et Macro-Mécanique.

Résistance à la traction ultime

\[F^{\mathrm{tu}}=\frac {P^{\max } }{ A}\] \(F^{\mathrm{tu}}\) = Résistance ultime à la traction (MPa)

\(P^{\max}\) = Force maximale avant rupture (N)

\(A\) = Section transversale moyenne (\(mm^2\))

Contrainte de traction

\[\varepsilon_i=\frac {\delta_i }{ L_g}\] \(\varepsilon_i\) = Déformation de traction au \(i_{ème}\) point de données

\(\delta_i\) = Déplacement de l'extensomètre au \(i_{ème}\) point de données

\(L_g\) = Longueur de la jauge d'extensomètre (mm)

Module d'élasticité

\[E=\frac{\Delta \sigma}{\Delta \varepsilon}\] \(E\) = Module d'élasticité en traction (GPa)

\(\Delta \sigma\) = Différence de contrainte de traction appliquée entre deux points de déformation (MPa)

\(\Delta \varepsilon\) = Différence entre deux points de déformation

Ratio de Poisson

\[v=-\frac{\Delta \varepsilon_t }{ \Delta \varepsilon_l}\] \(v\) = Coefficient de Poisson

\(\Delta \varepsilon_t\) = Différence de déformation latérale entre les deux points de déformation longitudinale

\(\Delta \varepsilon_l\) = Différence entre les deux points de déformation longitudinaux

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Références

À propos	Aide

Matériaux d'ingénierie (conçus pour avoir des propriétés spécifiques) fabriqués à partir de deux ou plusieurs matériaux constitutifs ayant des propriétés physiques ou chimiques différentes. Les constituants restent séparés et distincts au niveau macroscopique au sein de la structure finie.

Toute activité de fabrication et/ou de prise de décision qui se produit à n'importe quelle étape du cycle de conception de développement (par exemple, de la conception à la production).

Dans le contexte des connaissances en pratique, la pratique fait référence à l'utilisation systématique des connaissances scientifiques pour réduire les risques, les coûts et le temps de développement des composites.

La phase continue du matériau qui lie le renfort ensemble, maintient sa forme, transfère la charge, protège le renfort de l'environnement et des dommages, et fournit le support composite en compression.

Caractéristiques souhaitables :

• Résistance à l'humidité/aux produits chimiques
• Faible densité
• Processabilité