Les essais de traction

Les éprouvettes sont sollicitées en traction monotone au moyen d’une machine d’essai ZWICK

d’une capacité maximale de 150 kN. Pour comprendre au mieux le comportement du matériau, les

essais sont multi-instrumentés au moyen de l’émission acoustique, de la corrélation d’images et de la

microscopie optique sur chant poli. La configuration expérimentale, avec le montage de l’éprouvette

sur la machine de traction, est illustrée par la figure 2.4.

Deux capteurs d’émission acoustique Nano 30 sont collés avec de la graisse de silicone et du

ruban de téflon sur l’échantillon. Un seul capteur est a priori suffisant, néanmoins une double

configuration est une bonne garantie en cas de décollement d’un des deux capteurs pendant l’essai

[Barre et al., 1994], [Giordano et al., 1998], [Scida et al., 2002]. Les deux sont sur la même face de

l’éprouvette, à proximité d’un des mors de la machine pour garder le plus grand espace possible entre

les mors pour la corrélation d’images.

La corrélation d’images consiste à déterminer du champ de déplacement de l’éprouvette et,

donc, à évaluer des déformations locales. A partir de ces données locales, une déformation moyenne

de l’éprouvette est estimée et le comportement contrainte-déformation du matériau reconstruit.

L’acquisition des images est effectuée au moyen de deux caméras, avec une bague-allonge de 50 mm.

Cette technique demande un traitement spécifique d’une face de l’éprouvette qui doit être peinte

avec un mouchetis (noir sur fond blanc) pour créer un champ aléatoire de référence [Ivanov et al.,

2009], [Hochard et al., 2009], [Perie et al., 2009].

La microscopie optique sur chant poli utilise un microscope optique de marque Olympus, lié à

une caméra numérique pour l’acquisition des images. Il est positionné sur le chant de l’éprouvette

précédemment polie pour optimiser la visualisation et la qualité des images. L’ensemble est porté par

un dispositif micrométrique pour déplacer avec précision le microscope ce qui emmène à une

acquisition globale du chant de l’éprouvette sur toute sa longueur.

Gabriele Bai - Evaluation par vibrothermographie de l’endommagement des composites tissés

Figure 2.4 – Éprouvette sous charge, installée sur la machine ZWICK et multi-instrumentation associée.

Pour obtenir des états d’endommagement variés, les éprouvettes seront soumises à des charges

différentes, en proportion de la contrainte à rupture du matériau. Pour la connaître, une éprouvette,

(la numéro 3) est testée en traction jusqu’à rupture. L’estimation de la déformation moyenne de la

zone utile sur l’échantillon est obtenue par la corrélation d’images et la courbe contrainte-déformation

est reconstruite (figure 2.5). La valeur mesurée de la contrainte à rupture est de 280 MPa.

Figure 2.5 - Courbe contrainte/déformation, éprouvette 3.

Cette valeur de la contrainte à rupture se retrouve sur l’évolution de l’énergie acoustique

cumulée, détectée par les deux capteurs, à un seuil de détection à 20 dB (figure 2.6), qui donnent des

niveaux d’énergie cumulée similaires.

Gabriele Bai – Evaluation par vibrothermographie de l’endommagement des composites tissés

Figure 2.6 - Énergie acoustique cumulée détectée par les deux capteurs d’émission acoustique, éprouvette 3.

Deux paramètres guident le choix des niveaux de charge auxquels seront soumises les autres

éprouvettes ; la contrainte à rupture et le seuil d’endommagement. L’estimation d’un seuil est

toujours une entreprise délicate et controversée. Il n’en existe pas de définition unanimement

acceptée. En comparant la courbe contrainte-déformation et la courbe d’énergie cumulée, il est

manifeste que la non-linéarité de cette dernière est beaucoup marquée. Cela donne une estimation

d’un seuil de début de non linéarité bien plus aisée. Le seuil d’endommagement sera don la contrainte

à partir de laquelle l’activité acoustique commence à devenir significative, soit 160 MPa, figure 2.6.

Pour tester des états d’endommagement très différents, deux valeurs de contrainte de traction

sont retenues. Pour l’éprouvette 1, 250 MPa, ce qui donne un état d’endommagement critique,

proche de la rupture, tout en conservant une marge de 10 % pour éviter une rupture non voulue de

l’éprouvette liée à la dispersion de la contrainte à rupture. Pour l’éprouvette 2, 190 MPa, ce qui

différencie nettement son état d’endommagement de celui de l’éprouvette 1 et qui est légèrement

supérieur au seuil d’endommagement du matériau.

Les paramètres des essais de traction monotone auxquels sont soumises les quatre éprouvettes

sont résumés dans le tableau 2.3. La colonne « déformation moyenne » fait référence à la déformation

moyenne estimée à la contrainte maximale appliquée, par corrélation d’images, sur la zone utile de

l’éprouvette. La vitesse de déplacement a été choisie suivant l’expérience que le département a de ce

composite. Pour réaliser des essais interrompus et effectuer l’acquisition avec le microscope optique,

la traverse de la machine d’essais est pilotée en déplacement imposé.

Tableau 2.3 - Essais de traction, 4 éprouvettes

Eprouvette ^Contrainte

[MPa]

Déformation

moyenne ^Rupture

Vitesse déplacement

[mm/min]

Eprouvette 0 Référence (état non endommagé)

Eprouvette 1 190 1,08 non 0,5

Eprouvette 2 250 1,47 non 0,5

Gabriele Bai - Evaluation par vibrothermographie de l’endommagement des composites tissés

Les courbes contraintes/déformation des trois éprouvettes sollicitées en traction se superposent

parfaitement (figure 2.7), ce qui montre que le comportement de la plaque dont sont issues ces 3

éprouvettes, est très peu dispersé. La relaxation due à la viscosité de la matrice époxy est sensible

pendant les paliers de chargement, 160 MPa pour l’éprouvette 1 et 225 MPa pour la 2, qui

correspondent au temps au balayage par le microscope optique du chant poli de l’éprouvette.

Figure 2.7 - Courbes contrainte-déformation des trois éprouvettes sollicitées en traction.

2.2.2 Estimation de la densité de fissuration par analyse d’images de microscopie optique