Brevet FR2673723A1 — publié le 19920911

i DISPOSITIF D'ESSAIS EN COMPRESSION D'EPROUVETTES POUR ESSAIS EN CISAILLEMENT INTERLAMINAIRE ET PROCEDES D'ESSAI EN CISAILLEMENT D'EPROUVETTES, NOTAMMENT D'EPROUVETTES COURBES DESCRIPTION L'invention concerne un dispositif d'essais en compression d'éprouvettes qui présentent deux faces latérales opposées et qui peuvent être, dans l'application principale qui est envisagée actuellement, des fragments de plaques en matériau composite qui ont été entaillés de manière à présenter une zone médiane soumise à du cisaillement entre les différentes couches dont les plaques sont constituées. Ce cisaillement est appelé interlaminaire Elle concerne aussi des procédés d'essai en cisaillement d'éprouvettes et notamment d'éprouvettes courbes. Une manière de maintenir les éprouvettes entre les plateaux de compression des dispositifs actuels consiste à loger les extrémités des éprouvettes entaillées dans des évidements de ces plateaux, ce qui ne donne pas en général satisfaction car les inévitables imprécisions de montage, ainsi que le comportement intrinsèquement dissymétrique de l'éprouvette entaillée entraînent nécessairement une inhomogénéité du champ de cisaillement dans la zone médiane entre les entailles, qui faussent la mesure des contraintes de cisaillement représentatives du matériau C'est pourquoi l'objet essentiel de l'invention est la fourniture d'un dispositif d'essais en compression d'éprouvettes qui soit exempt des défauts signalés ci-dessus et permette au contraire d'obtenir un champ de cisaillement quasi uniforme. Les éprouvettes sont comprimées entre deux mors dont chacun est composé de deux mâchoires les mâchoires comportent une surface d'appui d'une des faces latérales des éprouvettes, et une des mâchoires comporte en outre une surface de butée d'une extrémité des éprouvettes Des moyens pour rapprocher et écarter des mâchoires sont prévus. Le dispositif peut être perfectionné si les mâchoires comportant une surface de butée sont également munies d'un embout cylindrique de fixation des mors et d'une face plane de butée des mors Les risques d'imprécision de montage résultant d'une hyperstaticité du dispositif sont alors réduits. On préconise encore de construire les mâchoires de chaque mors avec des Longueurs différentes de sorte que leurs surfaces d'appui s'étendent sensiblement jusqu'à encadrer une zone médiane de l'éprouvette o le cisaillement est produit Un très bon soutien de l'éprouvette est alors obtenu par le serrage de la zone médiane entre les mâchoires longues La surface d'appui d'une des mâchoires peut par exemple s'étendre sur une longueur environ deux fois plus importante des éprouvettes que la surface d'appui de l'autre mâchoire. Les surfaces d'appui des mâchoires sont avantageusement entièrement en contact avec les faces latérales de L'éprouvette et peuvent donc être courbes si ces faces le sont également, afin d'assurer une meilleure tenue des éprouvettes et de diminuer les risques de flexion et de flambage à la compression. L'invention concerne encore un procédé utilisant de tels dispositifs pour des éprouvettes pourvues de deux entailles établies sur les faces latérales et encadrant une zone médiane des éprouvettes. Elle concerne enfin un procédé d'essai en cisaillement d'éprouvettes courbes munies sur deux faces latérales opposées de deux entailles encadrant une zone médiane de l'éprouvette; il consiste à comprimer les éprouvettes entre des faces d'extrémité joignant les faces latérales, o, si L désigne la distance entre les faces d'extrémité e la distance entre les faces latérales et r le rayon de courbure de la face latérale concave de l'éprouvette, les relations r/L> 5 et L/e On va maintenant passer au commentaire d'une réalisation de l'invention à l'aide des figures suivantes, annexées à titre illustratif et non limitatif: la figure 1 est une vue d'ensemble du dispositif, la figure 2 représente les parties essentielles du dispositif, la figure 3 représente ces parties essentielles en vue éclatée, et la figure 4 représente partiellement une autre réalisation du dispositif. Le dispositif comprend (figure 1) un socle 1 qui est une structure fixe au-dessus de laquelle pointent deux colonnes 2 et 3 parallèLes Les colonnes 2 et 3 pénètrent dans des perçages d'un plateau 4 qu'elles guident donc suivant un mouvement coulissant. Les perçages sont munis de paliers non représentés, lisses ou à billes, pour assurer un guidage à jeux et frottements réduits Un embout 5 est fixé sur une face supérieure 6, opposée au socle 1, du plateau 4 Un moyen de pressage non représenté qui peut être un vérin ou un poids inerte presse sur l'embout 5 et rapproche le plateau 4 du socle 1. La face inférieure 7 du plateau 4, opposée à la précédente, porte un mors supérieur 8, et la face supérieure 9 du socle 1 porte un mors inférieur 10 Une éprouvette 11 en forme de plaque est serrée entre ces mors, dont la constitution va maintenant être décrite à L'aide de la figure 2. Chacun d'eux comporte une mâchoire de butée 12 et une mâchoire de serrage 13 Deux surfaces de butée 14, disposées face à face, sont prévues sur Les mâchoires de butée 12, et L'éprouvette 11 est comprimée entre elles par ses surfaces extrêmes Chacune des mâchoires de butée 12 et 13 comporte par ailleurs une surface d'appui plane respective 15 et 16, qui s'étend parallèlement à la direction de compression et s'appuie intégralement sur une des faces principales latérales, planes et opposées, 30 et 31 de l'éprouvette 11. Les mâchoires de butée 12 comportent un embout 17 cylindrique qui est engagé dans un enfoncement 18 du socle 1, ou du plateau 4 selon le cas, et sert ainsi à fixer les mors 8 et 10 Elles comportent également une face plane 19 perpendiculaire à la direction de compression et qui s'appuie sur La face inférieure 7 du plateau 4 ou la face supérieure 9 du socle 1 Cette disposition permet un montage des mors 8 et 10 avec une souplesse suffisante pour que les éprouvettes 11 soient reçues entre les mors sans introduire d'efforts parasites de flexion ou de torsion Des pions de détrompage 20 sont toutefois prévus sur le socle 1 et le plateau 4 Ils se logent dans un évidement 21 de la mâchoire de butée 12 respective et permettent -de maintenir les mâchoires de butée 12 sensiblement en face l'une de L'autre, de même que Les mâchoires de serrage 13. Les mâchoires de serrage 13 comportent une tige 22 prévue pour pénétrer dans un alésage 23 de la mâchoire de butée 12 associée Les tiges 22 sont terminées par un filetage 24 qui s'étend hors des mâchoires de butée 12 et autour desquels un écrou 25 est engagé Le serrage de l'écrou 25 rapproche les mâchoires 12 et 13 et leurs surfaces d'appui 15 et 16, qui encastrent ainsi parfaitement les extrémités de l'éprouvette 11 Par ailleurs, des vis 26 permettent de serrer les mâchoires de butée 12 sur le socle 1 ou le plateau 4. Chacune des faces opposées 30 et 31 de l'éprouvette 11 comporte une entaille, respectivement 32 et 33, qui affaiblit la section de l'éprouvette 11 et s'étend sur toute sa largeur, perpendiculairement à la direction de compression Les entailles 32 et 33 délimitent donc une zone médiane 34 sur l'éprouvette 11 (figure 3) o le cisaillement se développe, maximal et quasi homogène à mi-épaisseur de L'éprouvette 11, car chacune des entailles 32 et 33 s'étend en profondeur sur la moitié de cette épaisseur (pour une largeur optimale de 0,5 mm environ) Si l'éprouvette 11 est formée de l'empilement de couches de matériau composite, elle se rompt normalement à cet endroit par une dislocation de l'assemblage des couches On peut en déduire la résistance du matériau au cisaillement interlaminaire. On préconise, pour tous les essais de compression d'éprouvettes entaillées, une longueur L entre les entailles 32 et 33 inférieure à u/T e/2, o u et T-r désignentles contraintes de rupture en compression et en cisaillement du matériau et e l'épaisseur de l'éprouvette 11 La longueur I doit cependant être assez grande pour que l'essai soit représentatif On estime que, dans les matériaux composites à architecture de renforcement tissée, elle doit embrasser au moins trois mailles. La pureté du cisaillement peut être améliorée si les mâchoires 12 et 13 s'étendent sensiblement jusqu'à l'entaille 32 ou 33 établie sur la face principale 30 ou 31 sur laquelle la mâchoire respective s'appuie: dans la configuration qui est représentée, la mâchoire de serrage 13 du mors inférieur 10 est ainsi beaucoup plus longue que celle du mors supérieur 8, alors que la mâchoire de butée 12 du mors supérieur 8 est beaucoup plus longue que celle du mors inférieur La zone médiane 34 est ainsi fermement maintenue entre les mâchoires Longues des deux mors 8 et 10 Dans la configuration représentée, les mâchoires longues ont une surface d'appui 15 ou 16 qui s'étend sur une longueur L 2 approximativement deux fois plus longue que La longueur Ll de la surface d'appui des mâchoires courtes. Le dispositif est encore avantageux pour des essais en compression pure, sans cisaillement On utilise alors des éprouvettes de forme semblable mais sans entailles 32 et 33 L'avantage du dispositif réside essentiellement dans l'empêchement du flambage dans La partie médiane 34 de l'éprouvette, grâce au serrage entre les deux mâchoires longues, dans ce cas également. Une autre disposition, représentée à la figure 4, montre que l'essai peut concerner des éprouvettes courbes 11 '. Les modifications du dispositif par rapport aux figures précédentes consistent en ce que les mâchoires 12 ' et 13 ' comportent de préférence des surfaces d'appui courbes 15 ' et 16 ' afin que les faces latérales opposées 30 ' et 31 ' de l'éprouvette courbe 11 ' s'appuient par presque toute leur étendue sur la totalité des surfaces d'appui 15 ' et 16 ' Une meilleure tenue de l'éprouvette courbe 11 ' est ainsi obtenue Ce sont d'ail Leurs les surfaces d'appui 15 ' concaves qui sont les plus utiles à cause de La tendance à l'accroissement de la courbure des éprouvettes courbes 11 ' à la compression, qui se traduit par de la flexion et trouble la mesure du cisaillement. On conseille, pour une bonne qualité des résultats, d'utiliser des éprouvettes courbes 11 ' dont la largeur (perpendiculairement à la figure 4) est d'au moins 5 mm, et qui respectent à peu près les relations L/e 5, o L désigne la distance entre les surfaces de butée 14, e l'épaisseur de l'éprouvette courbe 11 ' et r le rayon de courbure de la face latérale concave 30 ' de l'éprouvette courbe 11 ' Les entailles 32 et 33 s'étendent par ailleurs jusqu'à la mi-épaisseur de l'éprouvette courbe 11 '. L'essai de cisaillement est effectué comme dans le cas précédent en comprimant les faces extrêmes de l'éprouvette courbe 11 ', qui joignent les faces Latérales courbes 30 ' et 31 ', par Les surfaces de butée 14. REVENDICATIONS 1 Dispositif d'essais d'éprouvettes ( 11) présentant deux faces latérales opposées ( 30, 31), comprenant deux mors ( 8, 10) entre lesquels les éprouvettes sont comprimées, caractérisé en ce que les mors sont composés de deux mâchoires ( 12, 13) dont chacune comporte une surface d'appui ( 15, 16) d'une face latérale respective des éprouvettes, une des mâchoires comportant en outre une surface de butée ( 14) des éprouvettes, et de moyens ( 22, 25) pour rapprocher et écarter les mâchoires. 2 Dispositif d'essais suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les mâchoires comportant Les surfaces de butée comportent également un embout cylindrique ( 17) de fixation des mors et une face plane ( 19) de butée des mors ( 8, 10). 3 Dispositif d'essais suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les mâchoires de chaque mors ont des longueurs différentes (Ll, L 2), Leurs surfaces d'appui s'étendant jusqu'à encadrer une zone médiane ( 34) de l'éprouvette 4 Dispositif d'essais suivant La revendication 3, caractérisé en ce que chacun des mors comporte une mâchoire dont la surface d'appui s'étend environ deux fois plus Le long des éprouvettes que la surface d'appui de l'autre mâchoire. Dispositif d'essais suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un des mors ( 8) est fixé à un plateau ( 4) qui coulisse sur des colonnes de guidage ( 2, 3) solidaires d'une structure fixe ( 1) à laquelle l'autre mors ( 10) est fixé. 6 Dispositif d'essais suivant L'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les surfaces d'appui ( 15, 16) des mâchoires ( 12, 13) sont entièrement en contact avec les faces latérales de l'éprouvette ( 11). 7 Dispositif d'essais suivant la revendication 6, caractérisé en ce que certaines au moins des surfaces d'appui sont courbes. 8 Procédé d'essai en cisaillement d'éprouvettes planes, caractérisé en ce qu'il comporte l'utilisation d'un dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7 pour des éprouvettes ( 11, 11 ') pourvues de deux entailles ( 32, 33) établies sur les faces latérales ( 15, 16, 15 ', 16 ') et encadrant une zone médiane ( 34) des éprouvettes. 9 Procédé d'essai en cisaillement selon la revendication 8, caractérisé en ce que les éprouvettes ( 11 ') sont courbes. Procédé d'essai en cisaillement d'éprouvettes courbes ( 11 ') munies sur deux faces latérales opposées ( 15 ', 16 ') de deux entailles ( 32, 33) encadrant une zone médiane ( 34 ') de l'éprouvette ( 11 '), caractérisé en ce qu'il consiste à comprimer les éprouvettes entre des faces d'extrémité joignant les faces latérales ( 30 ', 31 '), o, si L désigne la distance entre les faces d'extrémité, e la distance entre les faces latérales et r le rayon de courbure de la face latérale concave ( 30 ') de l'éprouvette ( 11 '), les relations r/L> 5 et L/e