Essais de traction assistés par DIC

Réaliser des tests en traction nécessite de répondre à plusieurs exigences concernant la machine, le nombre d’échantillons, la vitesse de test, etc. Toutes ces exigences sont détaillées dans la norme utilisée, l’ASTM D638 dans notre cas d’étude. Les plus importantes sont mentionnées dans cette section, qui explique le protocole suivi pour préparer et tester les échantillons imprimés.

4.1.2.1 Préparation des éprouvettes

Après impression, les éprouvettes ont subi plusieurs étapes de préparation avant d’être testées.

Ponçage

Toutes les éprouvettes ont été poncées sur les côtés de leur section étroite avec une lime et en étant maintenu dans un étau. Les faces de cette même section ont ensuite été poncées à l’aide d’un tour MetaServ 2000 à 450 rpm, d’abord avec du papier abrasif P1200, puis plus finement avec du P2500, afin d’obtenir des surfaces bien lisses, requises pour des tests assistés par DIC. La largeur et l’épaisseur de la section étroite de chaque éprouvette ont été mesurées à l’aide d’un pied à coulisse afin d’obtenir l’aire de chacune.

Conditionnement

Les éprouvettes ont ensuite été placées dans un four sous vide à 60°C pendant au moins 8h pour éviter toute présence d’humidité, pouvant affecter les propriétés mécaniques.

Peinture

Le système DIC nécessite de peindre un imprimé blanc tacheté de points noirs sur la section étroite des éprouvettes. Pour cela, une base blanche a été appliquée en fines couches sur toute la largeur et une longueur de 35 mm, en laissant sécher entre deux couches. Les petits points noirs sont alors tamponnés à l’aide d’un rouleau sur la base blanche, de façon la plus homogène possible. Cet imprimé moucheté de points tous différents permet au logiciel du DIC de distinguer chacun des points et de les traquer plus facilement d’images en images lors de leur déplacement causé par la déformation. Une éprouvette avant et après préparation est présentée à la Figure 4-5 a) et b), respectivement.

4.1.2.2 Tests avec le système DIC

L’ensemble du dispositif utilisé lors des tests est présenté à la Figure 4-6 et est globalement constitué d’une machine de traction et du système DIC, dont les sous-ensembles sont détaillés par la suite.

a) b)

Machine de traction

Les essais de traction ont été réalisés avec une MTS INSIGHT équipée d’une cellule de charge de 50kN et contrôlée grâce au logiciel MTS Testforce. Les conditions environnementales des tests ont été celles du laboratoire, soient une atmosphère contenant environ 50% d’humidité et une température d’environ 20°C. Une vitesse de traction de 3,75 mm/min a été utilisée pour tous les échantillons excepté ceux de Nylon pur imprimés en configuration FL, où la vitesse a été de 10mm/min. Ceci a permis d’atteindre la rupture en moins d’une minute, comme le recommande la norme.

Système DIC

Le système DIC est constitué de deux caméras fixées sur un pied et d’une source de lumière blanche. Les caméras sont reliées à un ordinateur et la capture des photos se fait grâce au logiciel VICSnap. La position des différents éléments du montage est présentée à la Figure 4-7.

Figure 4-6: Ensemble du dispositif utilisé lors des tests de traction assistés par DIC Source de lumière blanche Cellule de charge Logiciel du DIC : VIC Logiciel de la MTS: Testforce Caméras Mords

Les avantages de ce système comparé à des extensomètres sont qu’une plus large gamme d’allongement est couverte, que les éprouvettes ne sont pas endommagées et qu’il n’y a aucune limitation sur le nombre d’extensomètres virtuels utilisés lors de l’analyse des photos. Cependant, en plus d’une préparation des échantillons évoquée précédemment, l’installation et la calibration des caméras avant lancement des tests doivent être réalisées avec rigueur. En effet, les caméras doivent être positionnées de sorte à faire un angle d’environ 20° (celle du dessus) et -20° (celle du dessous) avec l’horizontale passant entre elles-deux et allant jusqu’à l’échantillon. Le focus et la luminosité sont alors réglés. Une calibration s’ensuit, au cours de laquelle plusieurs photos d’un calibreur, blanc avec des points noirs et déjà reconnus par le logiciel VIC, sont prises dans différentes orientations (≈15) autour des trois axes x,y et z, comme par exemple dans les 4 orientations présentées à la Figure 4-8.

Lors des tests, la vitesse de capture d’images a été fixée à 1/250 ms.

Figure 4-7: Exemple de photos de calibration dans 4 orientations différentes Figure 4-8: Schéma explicatif du montage des éléments du système DIC

4.1.2.3 Analyse des photos et obtention des champs de déformations

Afin d’obtenir les valeurs de déformations en fonction de la force appliquée au éprouvettes, deux étapes sont nécessaires et réalisées grâce au logiciel VIC3D : l’analyse des photos et l’extraction des données. La première étape consiste à lancer la corrélation d’images entre toutes les photos prises d’une même éprouvette lors de son test, comme illustré à la Figure 4-9 où la variable affichée est le déplacement V. En fonction de la qualité de la préparation de l’échantillon, du réglage des caméras et de la précision de la corrélation demandée au logiciel, une analyse d’une éprouvette peut prendre jusqu’à une heure. Ensuite, sur la première image analysée, deux extensomètres virtuels sont placés sur la zone analysée de l’éprouvette, l’un dans la longueur et l’autre dans la largeur, comme représenté à la Figure 4-9. Les valeurs de déformations données par ces extensomètres virtuels sont alors extraites.

Figure 4-9: Analyse par DIC avec le déplacement V comme variable affichée et positions des extensomètres virtuels sur la première image analysée.