Essais & Simulations n° 138

ESSAIS ET MODÉLISATION

ESSAIS ET MODÉLISATION LABORATOIRE Un large panel de capacités en essais I • cryogen1ques Le laboratoire de fatigue des matériaux et de mécanique de la rupture de Mistras est actuellement en mesure de proposer la réalisation d'essais cryogéniques jusqu'à -196 ° C. Détails dans cet article de l'éventail étendu de possibilités en matière d'essais. Mistras étudie et conçoit sur demande client des ensembles cryogéniques pour la réalisation d'essais mécaniques à très basse température, tant en statique qu'en dynamique. Ces caissons sont cartographiés et homogènes à+/- 3 ° C jusqu'à -l 70 ° C sur des volumes relativement importants. Le laboratoire est équipé pour effectuer un ensemble d'essais sur éprouvettes, structures et composants à ces températures spécifiques et avec l'autonomie nécessaire propre aux essais de fatigue. À ce titre, plusieurs points de desserte permettent d'alimenter parallèlement un ensemble d'essais. Possédant une capacité étendue de chargement des moyens de Mistras, il est alors possible d'associer tous les vérins de fortes capacités (de plusieurs centaines de kN) aux machines dédiées aux essais cryogéniques. Les essais cryogéniques peuvent être couplés à des moyens de mesure par émission acoustique (EA), permettant ainsi un suivi en continu à basse température des phénomènes d'endommagement (amorce de fissuration, endommagements localisés, localisation structurale ... ). Les moyens du laboratoire permettent également d'associer de l'instrumentation conventionnelle à ce type d'essais, notamment en jauges de contraintes et extensométrie. Ainsi, il est possible d'étudier parallèlement le matériau à travers des phénomènes de relaxation de contraintes, d'évolution de déformations et d'émission acoustique. Ces solutions répondent aux exigences de l'industrie dans les besoins de caractérisation et de développement de nouveaux matériaux ou assemblages à basse température. Au-delà de la réalisation d'essais standard, Mistras effectue sur demande toute étude de compatibilité/d'adaptation d'outillages pour la mise en œuvre d'essais spécifiques sur assemblages, géométries d'éprouvettes non normées ou éléments de structures. Afin d'illustrer les capacités de Mistras en termes de suivi et de réalisation d'essais mécaniques en basse température, une étude de cas est présentée. ÉTUDE DE CAS : L'IMPACT DE LA TEMPÉRATURE SUR LE COMPORTEMENT MÉCANIQUE ET L'EN­ DOMMAGEMENT D'UNE ÉPROUVETTE DE FORME ANNULAIRE Afin d'étudier le comportement mécanique d'un hi-matériau développé pour l'aérospatial, trois essais de compression sur des éprouvettes annulaires sont réalisés à différentes températures (T ° C ambiante, -40 ° C et -160 ° C). Ces essais sont destinés à analyser le comportement en 18 !ESSAIS &SIMULATIONS• N ° 138 • Septembre - Octobre 2019

ESSAIS ET MODÉLISATION basse température et à tenter d'en comprendre les phénomènes d'endommagement. .4 t-- EssaIà•160 ° C 1--/---:,-"":::.._ ________ -Essatà•40°C -Essais à l'ambiante ---=----======= · 10 ·20 ·30 ·40 ·50 ·60 •70 Déplacement (mm) Trois pièces en phase d'essai Ce matériau est constitué d'une partie métallique interne ainsi que d'une couche de protection en matériau composite avec une orientation maîtrisée. Un montage spécifique a été réalisé afin d'appliquer une charge de compression sur ces anneaux de dimensions 180 mm de diamètre et de 8 mm d'épaisseur. Les caractéristiques mécaniques de l'essai sont les suivantes : • • Cellule de force: 100 kN Déformation imposée avec une vitesse de 5 mm.min-1 Température d'essai contrôlée : T ° C Ambiante, -40 ° C et -160 ° C • Suivi de la température de lëprouvette par thermocouple Ces essais sont suivis par des capteurs d'émission acoustique développés par Mistras pour des applications basses températures. Ils sont dérivés de capteurs standard (Rl5A) afin de résister à des environnements hostiles. Le dernier système d'émission acoustique Mistras haute performance basé sur les cartes d'acquisition - !'Express 8, a également été utilisé lors de ces essais. D'un point de vue mécanique, les résultats de ces essais montrent une augmentation de la tenue mécanique de la structure avec une augmentation de la limite d'élasticité lorsque la température diminue. Aucun comportement fragile n'est observé, ce qui montre que la température de transition fragile-ductile n'a pas été atteinte. « D'un point de vue émission acoustique, l'essai à -160 ° C présente une intensité EA beaucoup plus importante en comparaison avec les autres essais» Figure 1 : Courbes mécaniques de l'effort appliqué en fonction du déplacement des différents Essais D'un point de vue émission acoustique, l'essai à -160 ° C présente une intensité EA (Energy) beaucoup plus importante en comparaison avec les autres essais. Ceci peut s'expliquer par un nombre d'endommagements plus conséquents dans la couche composite, notamment en fin d'essai. Figure 2 : Comparaison des intensités EA des différents Essais réalisés à l'aide du logiciel Noesis La première non linéarité significative de l'intensité observée dans le cas de cet essai peut être identifiée comme correspondant à la limite d'élasticité du matériau. Pour compléter cette étude, il serait intéressant de réaliser des observations MEB au vu d'identifier les différents mécanismes d'endommagement et de pouvoir les attribuer aux signaux EA enregistrés.• . . D m- --. ••­ / / r 1Hpl.c:emt1 (mm) ESSAIS &SIMULATIONS• N ° 138 • Septembre - Octobre 2019119