Pour les substrats, on choisit les mat´eriaux utilis´es par Safran. Leurs propri´et´es ´elastiques en quasi-statique sont montr´ees en Tab. VI.1. Le CMO est orthotrope et on dispose de plaques de CMO d’´epaisseur 3.7 mm et 4.7 mm. La direction de l’´epaisseur est la direction
faible (direction 3 dans le Tab. VI.1). Dans cette direction, les rigidit´es des deux substrats sont tr`es diff´erentes ce qui va imposer une g´eom´etrie d’´eprouvette particuli`ere.
Tableau VI.1: Propri´et´es ´elastiques des substrats en quasi-statique (les modules sont en MPa et la densit´e en kg/L) E1 E2 E3 G12 G13 G23 ν12 ν13 ν23 ρ CMO X X X X X X X X X X Titane 114000 42500 0.34 4200 Titane CMO Longueur : 60 mm Largeur : 12 mm Épaisseur : 12 mm
Figure VI.1: Sch´ema de l’´eprouvette BIADH45
L’id´ee est de concevoir une ´eprouvette donnant un ´etat mixte de traction ou compres- sion/cisaillement. On se dirige vers une ´eprouvette de type SCARF avec le joint adh´esif `a 45➦ de la direction principale de l’´eprouvette correspondant `a la direction de sollicitation. Le design final de l’´eprouvette BIADH45 est montr´e en Fig. VI.1. La longueur totale de l’´eprouvette est d’environ 60 mm ; sa section est carr´ee de cˆot´e 12 mm. Un substrat pr´e- sente un trou taraud´e en M8 dans la direction de traction. Le substrat oppos´e pr´esente un trou cylindrique laissant la place `a une goupille pour la fixation au syst`eme de traction dynamique. Davantage d’explications seront fournies en section 2.2.2. L’´eprouvette est sy- m´etrique, et donc compos´ee de deux joints adh´esifs : la pi`ece en CMO est coll´ee `a deux pi`eces en titane diff´erentes sur ces deux faces. Cette sym´etrisation vient directement des propri´et´es ´elastiques tr`es diff´erentes des deux mat´eriaux utilis´es. La Fig. VI.2 illustre ceci en mon- trant la contrainte de cisaillement dans le joint sur toute sa longueur pour des ´eprouvettes
Figure VI.2: Simulation num´erique : Contrainte de cisaillement au milieu du joint en fonction de la distance au bord du joint sur des ´eprouvettes sym´etrique et asym´etrique
sym´etrique et asym´etrique en traction dynamique (simulation num´erique). L’´eprouvette asy- m´etrique pr´esente un ´etat de contrainte tr`es h´et´erog`ene avec une contrainte de cisaillement tripl´e d’un bord du joint `a l’autre. Au contraire, l’´eprouvette sym´etris´ee fournit un ´etat de contrainte nettement moins h´et´erog`ene. Ces r´esultats num´eriques montrent que l’utili- sation d’une ´eprouvette asym´etrique rendrait le test difficile avec, notamment, une rupture pr´ematur´ee.
Les Fig. VI.3 et VI.4 montrent les ´etats de contrainte des deux joints dans l’´eprouvette BIADH45 en traction dynamique et en compression dynamique, respectivement. Comme attendu, on trouve un ´etat mixte de traction ou compression/cisaillement sur l’ensemble des deux joints (la contrainte de Mises vient en grande partie du cisaillement). Les ´etats
Figure VI.3: Simulation num´erique : ´etats de contrainte des deux joints dans l’´eprouvette BIADH45 en traction dynamique
Figure VI.4: Simulation num´erique : ´etats de contrainte des deux joints dans l’´eprouvette BIADH45 en compression dynamique
de contrainte sont ´equivalents entre les deux joints. Ils sont assez homog`enes, mais avec de l´egers effets de bord venant de la faible largeur de l’´eprouvette. Ce n’est pas montr´e ici, mais des becs dans la pi`ece en CMO permettraient de supprimer les effets de bord. Cependant, la fabrication de la pi`ece serait tr`es difficile.
En fait, les diff´erentes g´eom´etries test´ees autour de celle-ci ne permettent jamais d’avoir un ´etat de contrainte compl`etement satisfaisant. L’impact en traction impose une ´eprou- vette de « petite » taille (d’o`u la faible largeur) car le dispositif exp´erimental n´ecessite des syst`emes viss´es ayant une r´esistance limit´ee `a la traction et au cisaillement. Ceci a constitu´e la plus grande contrainte lors du design de l’´eprouvette BIADH45 et est d´evelopp´e dans le paragraphe suivant.
Longueur : 40 mm
Largeur : 10, 15 ou 30 mm
Épaisseur : 10 mm
Figure VI.5: Simulation num´erique : Force de l’assemblage en fonction du temps pour diff´erentes largeurs d’´eprouvettes en traction dynamique
Le Chap. IV nous fournit une m´ethode de mod´elisation num´erique de l’impact Hopkinson en compression. Pour la traction, on n’a pas retranscrit l’essai de mani`ere exacte. Les calculs num´eriques en traction ont ´et´e effectu´es sur l’´eprouvette seule en imposant une traction de 250 µm par incr´ement de 50 µm en 40 µs. Les mod`eles mat´eriaux utilis´es sont ceux d´ecrits en Tab. VI.1. La Fig. VI.5 montre l’´evolution temporelle de la force pour diff´erentes g´eom´etries d’´eprouvettes. La longueur est fix´ee `a 40 mm, l’´epaisseur `a 10 mm et la largeur varie de 10 `a 30 mm. Dans ces calculs, les propri´et´es du joint sont bas´ees sur les propri´et´es identifi´ees sur l’essai DODECA `a 15 : E = 2100 MPa, ν = 0.42, ρ = 1.1 kg/L, σy =
80 MPa et σf = 120 MPa `a εp = 2.0. On choisit une limite ´elastique l´eg`erement plus faible
car cette sollicitation est davantage critique. On trace en parall`ele la limite exp´erimentale impos´ee par les vissages correspondant aux charges d’´epreuve M6 (11 kN ) et M8 (21 kN ). Si on d´epasse cette force, le vissage peut s’endommager et rompre. On observe clairement qu’un vissage M6 n’est pas r´esistant pour ce type d’impact. Il faut donc passer `a un vissage M8
Longueur : 60 mm Largeur : 10 mm Épaisseur : 10 mm Longueur : 60 mm Largeur : 12 mm Épaisseur : 12 mm
Figure VI.6: Simulation num´erique : Force de l’assemblage en fonction du temps pour diff´erentes tailles d’´eprouvettes et plasticit´e du joint en traction dynamique
et donc augmenter l’´epaisseur de 10 `a 12 mm. Cette ´evolution est illustr´ee en Fig. VI.6. On y a repr´esent´e l’´evolution temporelle de la force pour deux sections carr´ees de l’´eprouvette : 10 et 12 mm, et deux limites ´elastiques du joint : 80 et 120 M P a. La limite ´elastique de 120 M P a est trop ´elev´ee pour un joint adh´esif test´e en traction dynamique. N´eanmoins, ces courbes montrent la d´ependance de la force `a la limite ´elastique du joint. Pour la limite ´elastique de 80 M P a, le rapport ChM 6/Fmax est ´egal `a 1.08 et est donc trop proche de 1. En
augmentant la section de l’´eprouvette, on passe `a un vissage M8 et le rapport ChM 8/Fmaxest
´egal `a 1.28 ce qui procure une s´ecurit´e suffisante pour le test. De plus, ces calculs supposent une d´eformation `a rupture proche de celle mesur´ee sur l’essai DODECA `a 15➦. A priori, la rupture aura lieu plus tˆot, voire `a l’interface joint/CMO.
Le design avec une section carr´ee de cˆot´e 12 mm est retenu. La longueur totale de l’´eprouvette est d’environ 60 mm avec le CMO d’´epaisseur 3.7 mm, et 61.5 mm avec le CMO d’´epaisseur 4.7 mm. Quelques ´eprouvettes ont ´et´e fabriqu´ees sans CMO, et test´ees en traction pour observer l’influence r´eelle du CMO sur la sollicitation dynamique en trac- tion. La Fig. VI.7 montre une photo du montage de collage utilis´e pour la r´ealisation de l’´eprouvette BIADH45. Deux montages de ce type ont ´et´e fabriqu´es pour pouvoir fabriquer les ´eprouvettes par lot de deux. Il est en inox. Dans la direction orthogonale `a l’´eprouvette, deux vis adoss´ees `a une plaque rectangulaire assurent l’alignement des diff´erentes pi`eces. Dans la direction de l’´eprouvette, une association vis/ressort permet un maintien `a pression constante de l’assemblage lors de la cuisson du joint. Aucun syst`eme n’a ´et´e mis en place pour contrˆoler l’´epaisseur du joint. Ceci est fait implicitement par la pression impos´ee au ressort.
Figure VI.7: Montage de collage de l’´eprouvette BIADH45
Les ´eprouvettes r´ealis´ees ont des joints d’´epaisseurs comprises entre 100 et 150 µm, avec une variation intra-´eprouvette d’environ 15 %. Les six premi`eres ´eprouvettes ont ´et´e r´ea- lis´ees avec des substrats en titane neufs et des pi`eces en CMO d’´epaisseur 3.7 mm. Les ´eprouvettes suivantes (sans CMO, et avec CMO d’´epaisseur 4.7 mm) ont ´et´e r´ealis´ees avec des substrats d´ej`a utilis´es. Ils ne sont pas endommag´es lors de l’impact. En revanche, les polissages des diff´erentes surfaces pour la corr´elation d’images ou pour enlever la couche pr´e- c´edente d’adh´esif (pr´ealablement brˆul´e) ont certainement diminu´e la pr´ecision g´eom´etrique des substrats et des collages. La pr´eparation des surfaces `a coller a ´et´e la mˆeme que pour l’essai DODECA : l´eger abrasage et lavage des surfaces. La Fig. VI.8 montre l’´eprouvette BIADH45 `a diff´erentes ´etapes de la fabrication et des essais. Les arˆetes `a 45➦ des pi`eces en CMO visibles en image 1 sont r´ealis´ees `a la polisseuse `a partir de pav´es de CMO. L’image 2 montre le fluage du joint lors de la cuisson qu’il faut retirer (image 3) pour pouvoir ima- ger la zone d’int´erˆet. Le mouchetis est visible en image 4. On peut voir aussi des points et des traits noirs permettant le positionnement de la cam´era par rapport `a la zone d’int´erˆet pendant l’essai. La partie suivante pr´esente les dispositif exp´erimentaux de compression et traction dynamique.
Figure VI.8: Substrats en titane et en CMO (1), ´eprouvette BIADH45 apr`es cuisson (2), polie pour la DIC (3), prˆete pour l’essai dynamique (4)