Essais d’impact

2.2.1 Technique expérimentale pour les essais d’impact normal

Le montage utilisé pour les essais d’impact a été usiné au LaBPS(Laboratoire de mécanique biomécanique polymère structures). Les essais balistiques ont été réalisés auLPMM (Labora-toire de Physique et Mécanique des Matériaux) sur des plaques carré en PMMA de dimension 140x140x10 mm³ (figure 2.2) impactée par un projectile à bout hémisphérique de diamètre 10 mm et de longueur L égale à 100 mm. Le lanceur à air comprimé (canon) est constitué d’une chambre à ouverture rapide et d’un tube de diamètre extérieur 22.7 mm dans lequel le projectile peut coulisser. Le projectile est équipé de sabots en téflon. Trois photodiodes (sources de lumières) L1,L2 et L3 placées à l’extrémité du tube et reliées à deux compteurs de temps permettent de mesurer la vitesse d’impact du projectile. Un amplificateur, un oscilloscope nu-mérique et une centrale d’acquisition (LPMM) sont utilisés pour stocker les données.

a) b)

Fig.2.2–Exemple d’essai d’impact sur des plaques en PMMA, a) plaque en PMMA, b) projectile en acier

La mise en place de la cible dans le porte-cible et le réglage de sa position sont réalisés grace à un dispositif de fixation spécifique. On peut régler ainsi la coaxialité de la cible par rapport à l’axe du tube en utilisant un laser. Dans ces essais les cibles sont directement encas-trées par 16 vis (cible carré). Le réglage de la pression de tir pour atteindre la vitesse d’impact

souhaitée à fait l’objet d’un étalonage.

La vitesse d’impact est mesurée à l’aide des deux compteurs de temps et trois photodiodes.

Les faisceaux de lumière guidés par fibres optiques sont éclipsés par le déplacement du pro-jectile. Les distances entre les faisceaux lumineux étant connus et les intervalles de temps mesurés, il est possible de déterminer la vitesse moyenne du projectile juste avant l’impact.

2.2.2 Résultat d’essais d’impact normal

Ces essais montrent qu’il y a pas perforation pour une vitesse incidente inférieure à 25 m/s.

Au cours de ces essais l’onde de compression créée par l’impact va être à l’origine (si la vi-tesse d’impact est suffisante) de plusieurs endommagements qui vont précéder la phase de pénétration. Les contraintes de traction en face arrière vont être à l’origine, d’une fissuration multiple orientée dans la direction radiale. La figure2.3présente des photos qui sont enregis-trés à différentes instants à l’aide du Caméra ultra rapide Shimadzu. Le premier chargement subi par la cible lors d’un impact balistique correspond à une compression confinée. La figure 2.3-a montre une photo juste au moment du contact du projectile avec la surface de la cible avant fissuration. La figure2.3-b présente le développement et la propagation des fissures ra-diales. Dans cette étude, en fonction des conditions d’impact, on observe généralement des fissures radiales qui démarrent du point d’impact et se propageant vers la limite d’encastre-ment (figure 2.3). Il est nécessaire de mentionner que pour les différentes plaques qui sont percutées par la même vitesse, le nombre de fissures ainsi que leur degré de symétrie n’est pas toujours le même. Cela peut être dû à la présence de défauts au sein du matériau sur lesquels s’amorcent les fissures. Bouzid et al. (2001) ont signalé des résultats similaires pour des plaques de verres soumis à faible vitesse d’impact. Les figures2.3-c et2.3-d montrent l’ini-tiation de quelques fissures coniques à partir de la face avant qui atteignent par la suite la face arrière. Finalement sur la figure2.3-e, l’ejection des débris est observée. La figure2.4présente le faciès d’endommagement de la cible à la fin de l’essai. A nouveau, nous observons des fis-sures radiales initiées de la face arrière et d’autres coniques qui sont amorcés de la face avant

a)t =0µs b)t =28µs

c)t=220µs d)t=300µs

e)t=844µs f)t =972µs Fig.2.3–Exemple d’essai d’impact sur des plaques en PMMA (V=25 m/s).

de la cible. Pour des vitesses inférieures, deux essais d’impact balistique du même projectile que celui utilisé auparavant ont été effectués à des vitesses respectivement V=15.79 m/s et V=18.6 m/s. Une étude post-mortem fait apparaître des fissures radiales uniquement (figure 2.5).

2.2.3 Essai d’impact sur la tranche - utilisation d’une CUR

Des essais d’impact sur la tranche ont été réalisés sur des carreaux en PMMA afin d’étudier et de visualiser par caméra ultra-rapide les mécanismes de fissuration générés dans le PMMA au niveau des faces avant et arrières. Des carreaux de dimensions 140x60x10 mm³ sont impac-tés sur la tranche d’épaisseur 10 mm par un projectile en alliage d’aluminium (φ = 22.5mm, H=100 mm) à haute résistance. La vitesse du projectile est obtenue à partir du signal

déli-Fig.2.4–Post-mortem d’un essai d’impact balistique (V=25 m/s)

a)V=15.79m/s b)V=18.16m/s

Fig.2.5–Type d’endommagement du cible en PMMA pour deux vitesses d’impact à température ambiante vré par deux compteurs de temps et trois photodiodes avec trois sources de lumière placées en amont de la cible et distantes de 50 mm. La caméra ultra-rapide est déclenchée par un contacteur fermé au moment du contact entre le projectile et la face impactée de la cible. Nous observons un endommagement composé de longues fissures qui démarrent de la face opposée à celle impactée. La figure 2.6présente le résultat obtenu pour un carreau de PMMA. On ob-serve également concernant le premier tir un ensemble de 4 fissures initiées sur la face arrière, 88µs après impact, endommagement qui atteint la moitié du carreau àt=124µs.