Hall de caractérisation thermomécanique

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1 Laboratoire Génie Mécanique et Matériaux de Bordeaux IUT Bordeaux1 15 Rue Naudet CS Gradignan Cedex Tél : Fax : : lgm2b@iut.u-bordeaux1.fr Hall de caractérisation thermomécanique

2 Hall de caractérisation thermomécanique LGM²B Page 2 Présentation générale Les nombreuses activités de l'équipe de recherche aussi bien dans le cadre de contrats industriels, de programmes européens (BRITE, PLATON, PICASSO, AQUITAINE EUSKADI), que de la formation par la recherche (Licence Professionnelle, Master, Thèses), ont conduit le LGM à effectuer la caractérisation thermomécanique de nombreux matériaux (isotropes, matériaux composites à matrice organique, métallique ou céramique) sous différents modes de sollicitations. La caractérisation et la compréhension des comportements mécaniques de ces matériaux sont abordées aussi bien à faible vitesse de déformation et à température ambiante (traction, compression, flexion, cisaillement, ténacité) qu'à haute température ( 2500 C maximum) ainsi que dans le cas de sollicitations dynamiques (choc). Le Laboratoire est donc équipé pour la plupart des essais de traction quasistatiques à température ambiante ou haute température (600 C) de même que pour des essais plus spécifiques sur filaments (jusqu'à 200 C), sur mêches ou sur éprouvettes céramiques nécessitant une grande précision de centrage des échantillons. Les hautes températures d'utilisation des matériaux composites à matrice métallique, intermétallique, céramique d'une part et les écarts de coefficients de dilatations pouvant exister entre fibre, interphases et matrice d'autre part, conduisent à des évolutions très importantes de leur comportement mécanique qui sont mises en évidence par des essais de fatigue thermique et de fluage. Machines de traction 100 kn et 5 KN

3 Page 3 Hall de caractérisation thermomécanique LGM²B Les machines de traction et les essais effectués Matériel : Machine de Traction ADHAMEL LOMARGY DY26 (100 kn) équipée d une enceinte thermique (T<600 C) Machine de Traction ADHAMEL LOMARGY DY32 (5kN) Machines de Traction MTS ALLIANCE RF 100 (100kN) pilotable en déplacement, force, déformation, vitesse de déformation, vitesse de chargement. Capteurs d effort : 10 N, 100 N, 1 kn, 5 kn, 20 kn, 100 kn Capteur de déplacement : capacitif (250 μm, 5mm), LVDT (± 5 mm), extensomètres (±1 mm, ± 2.5 mm, ± 5 mm) Vidéo-extensomètre axial Systèmes d acquisition multivoies (testworks et Vishay) Chaîne d émission acoustique Essais : Traction - Compression (jusqu'à 600 C) Flexion : 3-points, 4-points, anticlastique Traction - Compression (jusqu'à 600 C) Essais de ténacité sur éprouvettes CT (température ambiante et température 200 C) ou SENB Essais de traction sur filaments (jusqu'à 200 C) Essais de délaminage (Traction et flexion quatre-points) Essais de flexion sur poutres sandwich Essais spécifiques sur des structures composites Essais de flexion quatre-points sur petits échantillons

4 Hall de caractérisation thermomécanique LGM²B Page 4 Influence des paramètres de mise en œuvre sur le comportement à la rupture de flacons pharmaceutiques (Étude CEVA - LGM²B) Essai de délaminage (EDT) sur carbone/époxy avec émission acoustique (Étude LGM²B - Eurocopter) Caractérisation des propriétés d élasticité d un UD de Verre/Époxy Essai de traction à 150 C sur un filament de polyéthylène (Étude LGM²B - CEA) Montage spécifique de flexion quatre points pour l étude de l influence de la contrainte de pelage sur le délaminage d un stratifié carbone/époxy (Étude LGM²B - Eurocopter)

5 Page 5 Hall de caractérisation thermomécanique LGM²B Caractérisation du comportement de poutres sandwich Étude LGM²B - Vetrotex Étude d assemblages en carbone/époxy (LGM²B - Composites Aquitaine) Essai de ténacité sur des éprouvettes SENB pour des bétons polymères (projet européen PRIMA) et sur du 2D-C/C (Schunck) Éprouvettes sollicitées en compression Essai de traction sur une éprouvette en Titane obtenue par métallurgie des Éprouvette CT pour essai de ténacité à température ambiante et en température 300 C sur des CMM renforcé par des fibres courtes Étude de la déformabilité à haute température de CMM renforcé par des fibres courtes (striction des éprouvettes) Dispositif d'essai de traction en température avec extensomètre à chaud (500 C)

6 Hall de caractérisation thermomécanique LGM²B Page 6 Les essais de fatigue thermique et de fluage Matériel : Enceinte thermique à chauffage par induction HF : 25 kw, 2000 C et ambiances variables : vide, gaz, air Extensomètre ± 1 mm PC avec logiciel d'acquisition Labview Essais : Fatigue thermique Fluage Caractéristiques essais de fatigue thermique : Température maximum : 2000 C Vitesse de montée en température maxi : 1500 C/min atmosphères : vide secondaire,air, gaz neutres Enceinte (atmosphère contrôlée) Armoire de contrôle Générateur HF Dispositif de mise sous tension (fluage) Machine de fluage et fatigue thermique sous atmosphère contrôlée

7 Page 7 Hall de caractérisation thermomécanique LGM²B essais de fluage : effort maximum : 25 kn Température maximum : 550 C vide secondaire(p < hpa) Domaine d'étude : Matériaux composites réfractaires (fatigue thermique) Matériaux composites à matrice métallique (fluage) Dispositif de chauffage et de mesure dans l'enceinte

8 Hall de caractérisation thermomécanique LGM²B Page 8 Les essais de choc Matériel : Mouton pendule Charpy 50 J Mouton pendule Charpy instrumenté Deux marteaux instrumentés (jauges de déformation) de capacité 7.5 J et 15 J Acquisition des signaux sur oscilloscope numérique Mesure de la vitesse du percuteur avant impact (vitesses d'impact possibles jusqu'à 4 m/s) Mesure de la flèche de l'éprouvette pendant l'essai (collaboration LAMEFIP) Dispositif d'arrêt du percuteur après rupture de l'échantillon PC et logiciel de transfert de données Principe : Le principe de l'essai CHARPY consiste à mesurer l'énergie résiduelle d'une masse en mouvement pendulaire à la suite d'un choc unique à une vitesse généralement comprise entre 1 et 4 m/s, sur une éprouvette entaillée de dimensions normalisées sollicitée en flexion trois-points. Une partie de l'énergie disponible est consommée par la rupture de l'éprouvette. Mouton pendule Charpy Wolpert Des jauges de déformation collées sur les différents marteaux permettent de mesurer l'effort au niveau des percuteurs. La flèche de l'échantillon est mesurée pendant l'essai à l'aide d'un capteur laser situé à 50 mm de

9 Page 9 Hall de caractérisation thermomécanique LGM²B l'éprouvette (collaboration LAMEFIP). Un dispositif d'arrêt du percuteur après la rupture de l'éprouvette permet de ne pas endommager le capteur lors de la remontée du marteau. Éprouvette sollicitée en flexion 3-point dynamique Le chargement effectivement responsable de la déformation de l'éprouvette et la ténacité dynamique du matériau testé sont déduits des mesures Éprouvette Charpy normalisée effectuées à l'aide d'une analyse dynamique simple basée sur la modélisation de l'essai par des systèmes masse-ressort et sur la mesure de la flèche de l'éprouvette pendant l'essai. Domaine d étude : Détermination de la ténacité dynamique des matériaux composites. Étude du comportement à la rupture des matériaux composites sous une sollicitation de flexion 3-points dynamique. Développement d'une méthode de détermination de la ténacité Faciès de rupture d une éprouvette 2D-C/C sollicitée en statique (à gauche) et en dynamique (à droite).

10 Page 10 Hall de caractérisation thermomécanique LGM²B Contacts Bernard COUTAND : bernard.coutand@iut.u-bordeaux1.fr Thierry LORRIOT : thierry.lorriot@iut.u-bordeaux1.fr Nicolas PERRY : nicolas.perry@iut.u-bordeaux1.fr Stéphane POMPIDOU : stephane.pompidou@iut.u-bordeaux1.fr Publications FAUCON, E. MARTIN, B. COUTAND, N. CARRERE, J.F. FROMENTIN, L. MOLLIEX, B. DAMBRINE - Longitudinal creep behaviour of a SiC/Ti-6242 composite in a vacuum atmosphere, Applied Composite Materials, , 2002 F.X. KROMM, Th. LORRIOT, B. COUTAND, R. HARRY, J.M. QUENISSET - Tensile and creep properties of ultra high molecular wright PE fibres, Polymer testing, Vol. 22, Issue 4, , 2003 Th. LORRIOT, G. MARION, R. HARRY, H. WARGNIER - Onset of free-edge delamination in composite laminates under tensile loading, Composites Part B : engineering, Vol. 34, Issue 5, , 2003 N. CARRERE, E. MARTIN, B. COUTAND Creep behaviour of a unidirectional SM1140+/Ti-6242 composite, Composites part A : applied science and manufacturing, A34, , 2003 L. LAGUNEGRAND, Th. LORRIOT, H. WARGNIER, R. HARRY, J.M. QUENISSET Initiation of free-edge delamination in composite laminates, Composites Science and Technology, Vol. 66, Issue 10, p , 2006 L. LAGUNEGRAND, Th. LORRIOT, R. HARRY, H. WARGNIER - Design of an improved four point bending test on a sandwich beam for free edge delamination studies, Composites Part B : engineering, Vol. 37, issues 2-3, , 2006 Th. LORRIOT, L. LAGUNEGRAND, H. WARGNIER, R. HARRY - Contribution à la définition d'un critère de délaminage en mode mixte, Revue des Composites et Matériaux Avancés, vol. 16(3), 2006 L. LAGUNEGRAND, Hervé WARGNIER, Thierry LORRIOT, Edge effect study on G947 / M18 composite laminate, 12 th European Conference on Composite Materials, paper n 480 (7 p.), Biarritz, France, August 29 th - September 1 st, 2006