Méthode d'essai standard ASTM D7136/D7136M-12 pour mesurer la résistance aux dommages des composites à matrice polymère renforcée de fibres lors d'un impact de chute de poids

La norme « ASTM D7136/D7136M-12 Méthode d'essai standard pour mesurer la résistance aux dommages des composites à matrice polymère renforcés de fibres à un impact de chute de poids » publiée par l'American Society for Testing and Materials (ASTM) décrit une méthode d'essai pour déterminer la résistance aux dommages des stratifiés composites à matrice polymère multidirectionnels soumis à un impact de chute de poids. Les formes de matériaux composites sont limitées aux composites à matrice polymère comprimée à fibres continues avec une gamme de stratifiés d'essai et d'épaisseurs acceptables définis dans cette norme. Les instructions permettant de modifier ces procédures afin de déterminer les propriétés de résistance aux dommages des structures sandwich sont incluses dans la norme ASTM D7766/D7766M.

Une plaque composite plate et rectangulaire est soumise à un impact intense hors plan à l'aide d'un dispositif à poids tombant avec un impacteur hémisphérique. L'énergie potentielle du poids d'impact, telle que définie par la masse de l'impacteur et la hauteur de chute, est spécifiée avant le test. Des équipements et des procédures sont fournis pour la mesure facultative de la force de contact et de la vitesse pendant l'impact. La résistance aux dommages est déterminée quantitativement en fonction de l’étendue et du type de dommages qui se produisent dans l’échantillon.

Cette méthode de test peut être utilisée pour tester la résistance aux dommages des matériaux ou pour endommager un échantillon en vue d'un test ultérieur de tolérance aux dommages. Lorsque la plaque d'impact est testée conformément à la méthode d'essai standard ASTM D7137/D7137M, la séquence d'essai générale est généralement appelée méthode de compression post-impact. L'indentation quasi statique selon la méthode d'essai standard ASTM D6264/D6264M peut être utilisée comme méthode alternative pour induire des dommages à partir d'une force hors plan et mesurer les propriétés de résistance aux dommages.

Les propriétés de résistance aux dommages établies par cette méthode d'essai dépendent fortement de divers facteurs tels que la géométrie de l'échantillon, la stratification, la géométrie d'impact, la masse d'impact, la force d'impact, l'énergie d'impact et les conditions aux limites. Par conséquent, les résultats ne sont généralement pas évolutifs vers d’autres configurations et sont spécifiques à la combinaison de conditions géométriques et physiques testées.

Aux fins de la présente norme, les termes et définitions suivants s'appliquent :

• La profondeur de l'encoche fait référence à la profondeur restante de la dépression créée par un impacteur après l'événement d'impact. La profondeur de l'entaille doit être définie comme la distance maximale dans une direction perpendiculaire à la face de l'échantillon depuis le point le plus bas de l'entaille jusqu'au plan de la surface impactée qui n'est pas perturbée par l'entaille.
• La valeur nominale est une valeur attribuée à une propriété mesurable à des fins d'identification pratique, n'existant que sous forme de nom. Des tolérances peuvent être appliquées à une valeur nominale pour définir une plage acceptable pour la fonction.
• Le système de coordonnées du matériau parent est un système de coordonnées dont les axes sont perpendiculaires aux plans de symétrie propres à un matériau.
• La force de contact enregistrée est la force appliquée à l'échantillon par l'impacteur lors de l'impact, telle qu'enregistrée par un dynamomètre.
• Le système de coordonnées de référence est un système de coordonnées pour les composites stratifiés utilisé pour définir les orientations des couches.
• La pointe de frappe est la partie ou le composant d'un outil d'impact qui entre en contact en premier avec l'échantillon d'essai lors de l'impact.

Un essai d'impact de chute de poids est réalisé à l'aide d'une plaque laminée symétrique et équilibrée. Les dommages sont causés par un impact concentré hors plan (perpendiculaire au plan du stratifié) à l'aide d'un poids de chute à pointe hémisphérique. La résistance aux dommages est déterminée quantitativement en fonction de l’étendue et du type de dommages survenant dans l’échantillon. La réponse aux dommages est une fonction de la configuration du test. Les comparaisons entre les matériaux ne peuvent être effectuées que si les mêmes configurations de test, les mêmes conditions de test et des conditions similaires sont utilisées.

Des procédures optionnelles sont fournies pour enregistrer la vitesse d'impact et la force de contact appliquée par rapport aux données de l'historique temporel. Les états de dommage préférés résultant de l'impact sont situés au centre de la plaque, suffisamment loin des bords de la plaque pour que les états de contrainte locaux sur les bords et à l'emplacement de l'impact n'interagissent pas pendant l'événement de génération de dommage.

La sensibilité aux dommages causés par des forces d’impact concentrées hors plan est l’une des principales préoccupations de conception de nombreuses structures construites à partir de stratifiés composites avancés. Connaître les propriétés de résistance aux dommages d’une plaque composite laminée est utile pour le développement de produits et la sélection de matériaux.

Les essais d'impact de chute de poids peuvent servir aux objectifs suivants :

• Quantifier les effets de la séquence d'empilement, du traitement de surface des fibres, des changements dans la fraction volumique des fibres et des variables de traitement et environnementales sur la résistance aux dommages d'un stratifié composite donné à une force ou à une énergie d'impact de poids de chute concentrée.
• Comparer quantitativement les valeurs relatives des paramètres de résistance aux dommages pour les matériaux composites avec différents composants. Les paramètres de réponse aux dommages peuvent inclure la profondeur d'écrasement, les dimensions des dommages et les emplacements à travers l'épaisseur, ainsi que la courbe force-temps.
• Pour endommager un échantillon en vue de tests ultérieurs de tolérance aux dommages (par exemple, méthode d'essai standard ASTM D7137/D7137M).

Les propriétés obtenues à l’aide de cette méthode d’essai peuvent fournir des indications sur la résistance aux dommages attendue.

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