ESSAIS MÉCANIQUES SUR MATÉRIAU AGRÉGATAIRE AUX VITESSES INTERMÉDIAIRES

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HAL Id: jpa-00224790

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ESSAIS MÉCANIQUES SUR MATÉRIAU

AGRÉGATAIRE AUX VITESSES INTERMÉDIAIRES

D. Bainville, D. Maillot

To cite this version:

D. Bainville, D. Maillot.

ESSAIS MÉCANIQUES SUR MATÉRIAU AGRÉGATAIRE AUX

VITESSES INTERMÉDIAIRES. Journal de Physique Colloques, 1985, 46 (C5), pp.C5-469-C5-474.

�10.1051/jphyscol:1985558�. �jpa-00224790�

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JOURNAL DE PHYSIQUE

Colloque C5, suppl6ment au nos, Tome 46, aoQt 1985 page C5-469

ESSAI S MECAN I Q U E S S U R M A T ~ R I A U A G R E G A T A I R E A U X VI T E S S E S I N T E R M ~ D I A1 R E S D. Bainville et D. Maillot

Commissariat a' Z'Energie Atomique, B.P. N07, 77181 Courtry, France

Resume

-

Nous exposons une methode experimentale de mesure des contraintes et deformations sur un materiau agr6gataire explosif dans la gamme des vitesses de deformation de 1 i 1000 s-', 2

llaide dtune machine hydraulique 2 grande vitesse.

Abstract

-

We describe an experimental method for mechanical stresses and strains measuring in tensile or compressive testing at intermediate strain rates on plastic bonded high explosive. The tests are performed with a rapid-loading hydraulic machine

1

able to generate strain rates in a range between 1 and 1000 s-

.

INTRODUCTION

Le comportement thermomecanique des matbriaux agregataires & liant polyrngre etudies obeit 2 des lois visco-6lasto-plastiques. L16tablis- sement et la mise en aeuvre de telles lois sont correctement maitris6s pour de faibles vitesses de sollicitation des structures etudi6es. L1expos6 suivant presente une mbthode originale de caractkrisation

1

m6canique pour les fortes vitesses d e sollicitation jusqutA 1000 s-

.

I1 comprend trois parties :

-

generation de la sollicitation,

-

instrumentation,

I

-

GENERATION DE LA SOLLICITATION MECANIQUE

L1essai de compression (ou de traction) simple est r6alisb

2

llaide dlune machine hydraulique. La vitesse du dkplacement de son v6rin

1

peut atteindre 20 m.s-

.

L16chantil.lon est sollicit6 par une pibce de masse GlevCe mise en mouvement par ce verin. Llenergie cinetique de la pi&ce est tr&s sup6rieure h 11Qnergie de rupture des Qchantillons ; nous pouvons

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C5-470 JOURNAL DE PHYSIQUE

supposer que la vitesse de translation est maintenue constante pendant tout lfessai, et cela dlautant plus que les dkformations & la rupture sont tr8sfaibles (de ltordre de quelques % ) .

Lfknergie exckdentaire du vkrin est absorbke partiellement par un amortisseur hydraulique, puis par une butde mkcanique placke de telle sorte que les chocs engendrks ne viennent pas perturber llessai.

1

La machine, capable de deplacements & des vitesses de 0 20 m.s-

,

permet thkoriquement dlengendrer des vitesses de dkformation "moyennesn de 0 & 1000 s-I (sur des kprouvettes de longueur initiale 20 mm). Bien entendu, apparait immgdiatement la notion d1homogkn6itk des dkformations dans 116prouvette, like

A

la vitesse du son dans

1

notre matkriau, assez basse, de llordre de 1800 m.s-

.

I1

-

INSTRUMENTATION

11.1

-

Mesure des contraintes

Selon une m6thode classique, llkprouvette est support6e par une pi8ce dlacier sur laquelle nous avons coll6 une jauge. Celle-ci est du type rksistif

A

semi-conducteur ; son important coefficient permet une variation de tension klevke en fonction de sa d6formation, donc une bonne prkservation de la bande passante avec des amplificateurs & faible gain : typiquement 0,5

A

1 MHz pour des gains de 10 ou 5. Lfacier choisi est tel que, dans tous les cas, sa limite 6lastique nfest pas d6passke et que la jauge nous fournit un signal propor- tionnel 5 la contrainte dans la section de la pigce situke sous la jauge.

11.2

-

Mesure des d6formations

Nous utilisons kgalernent une jauge & semi-conducteur, coll6e dans la partie mkdiane de lfkprouvette. Sa faible longueur active limite lfeffet de dkfilement : la durke de passage de llonde sous la jauge est dfenviron 0,25 ps. En contrepartie, la valeur maximale mesurable est de llordre de 2 %, ce qui convient encore actuellement pour nos matkriaux.

I11

-

DEPOUILLEMENT

Nous avons choisi dtutiliser une kprouvette de longueur plus grande que le diamGtre, afin de limiter lfinfluence du frottement aux inter- faces et de prendre en compte correctement les variations des

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contraintes h 11int6rieur de celle-ci.

La mkthode choisie consiste done h mesurer la dkformation pour une section dp6prouvette et h rapporter au niveau de cette section, en temps et en distance, la mesure de la contrainte faite sur la pi&ce dlappui, en prenant en compte les r6flexions/transmissions h

llinterface.

A partir des enregistrements des deux jauges en fonction du temps, et au prix d l u n e exploitation num6rique du diagramme de propagation des ondes dans 116chantillon et les pi&ces en pr6sence, on peut recons- tituer la courbe contrainte-temps au niveau de 116prouvette, puis la courbe contrainte-d6formation cherchke.

Aux vitesses consid6r6es, un certain nombre de prkcautions doivent Etre prises. I1 convient en particulier de tenir compte de :

-

la variation de lpimp6dance m6canique du matkriau en cours dpessai ; on n6glige la variation de la densit6 mais on relie 1'6~0-

lution de la vitesse de propagation de l l o n d e de contrainte h la valeur instantan6e du module et h la non-lindaritk du comportement,

-

la variation de longueur de 116prouvette qui influe sur la dur6e de parcours des ondes,

-

la stabilit6 hes fronts dlondes de compression mais aussi de l l k t a - lement des fronts dpondes de d6tente.

D 1 u n e toute autre amplitude sont les signaux qui se superposent h la mesure, cr6ks par des dkfauts g6omktriques du montage. Ces essais demandent des pr6cautions importantes et sont d l u n e ex6cution d6licate.

Exemple de r6sultats

A titre dlexemple nous donnons, outre un sch6ma simplifi6 du montage F i l , un enregistrement contrainte/temps (Fig.2) et d6formation/temps (Fig.3) obtenu pour une vitesse "moyenneW de dkformation de 435 s-l, puis la reconstitution de la courbe contrainte/temps (Fig.4) au milieu de 1?kprouvette, et enfin une portion de la courbe 5 / ~(Fig.5).

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JOURNAL DE PHYSIQUE

K b

steel h o l d e r strain gauges thrust-block test specimen F l q . 1 - Settlnq t/tR 0 , 5 1 t / t R F i a . 3

-

S t r a i d t i m e i n t o s p e c i m e n 0,s 1 _{A v e r a a e s t r a i n r a t e}_k ₌₄₃₅_{s -}1 F i q . 2

-

Measured stress/time i n t o s t e e l h o l d e r

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0,s 1

Fia.4

-

Computed stress/time into specimen

Fia.5

-

Stress/strain into specimen

CONCLUSION

Nous sommes en mesure de rbaliser des essais 5 vitesse intermbdiaire de d6formation de 1 5 1000 s-', sur des matbriaux agrbgataires. Nous esphrons ainsi prolonger vers les temps faibles les lois de comportement &tablies dans le domaine des essais quasi-statiques jusqu'au domaine des barres dtHopkinson, au moins pour l l u n des deux param- gtres mbcaniques nbcessaires 5 leur Btablissement.

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JOURNAL D E PHYSIQUE

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