Comportement des matériaux sous sollicitation dynamique

L’identification du comportement des matériaux est essentiel pour résoudre les problématiques d’impact. Les paramètres des lois de comportement des matériaux sont identifiés à partir d’essais de caractérisation. L’essai le plus simple est l’essai traction. Dans le cas de problèmes dynamiques, il faut alors utiliser des essais spécifiques aux grandes vitesses de déformation. Ce sont souvent des essais d’impact ou des essais sur machine équipée d’un vérin rapide [Deletombe 2013b]. Il est notamment possible de citer l’essai de la barre de taylor [Taylor 1948], l’essai sur roue inertielle [Viot 2008] et la machine de compression Gleeble [Hor 2011]. Ici, un intérêt particulier est porté à la barre d’Hopkinson ou barre de Kolsky ([Gary 2002], [Hor 2011], [Zhang 2008], [Bouix 2009], [Deletombe 2013b]) et sur les méthodes inverses d’identification des lois de comportement. Une éprouvette est mise entre deux barres. La première barre est appelée barre incidente et la deuxième, barre de transmission. Un impacteur vient impacter la barre incidente et permet ainsi une déformation rapide de l’échantillon. Les mesures sont effectuées grâce à des jauges de déformation placées sur les deux barres. Le comportement du matériau en compression s’obtient pour des vitesses de déformation jusqu’à 10 000 s de déformation élastique P (t) induite par l’impact se déplace dans la barre incidente. La valeur de la déformation est transmise par la jauge de déformation. En arrivant sur l’échantillon, une partie de cette onde est réfléchie et une autre est transmise. L’équilibre des déformations sur cette face permet de calculer la force et la vitesse particulaire. L’onde réfléchie N (t) dans la barre incidente repasse et est enregistrée par la jauge de déformation.

Moyens expérimentaux de caractérisations du comportement dynamique des matériaux 23

De même il est possible d’obtenir la force et la vitesse pour l’interface entre l’échantillon et la barre de transmission [Gary 2002]. En effet, la jauge de déformation de la barre de transmission enregistre la déformation transmise T (t) par l’échantillon. Comme pour la barre incidente, la force sortante F dans le cas de matériaux métalliques. Cela permet d’admettre que les états de contraintes sont quasi-homogènes (Figure 2.10). Il est alors possible de calculer la contrainte dans l’éprouvette en divisant la force par la section de l’éprouvette (A L’essai le plus simple sur barre d’Hopkinson est un essai de mise en compression d’éprouvettes (Tableau 2.6). Jeunechamps [Jeunechamps 2008] effectue des essais de compression sur une barre d’Hopkinson pour caractériser du fer REMCO. Il identifie les paramètres des lois de Zerilli- Armstrong et Johnson-Cook. Les vitesses de déformation maximales sont de 2000 s . Zhang [Zhang 2008] établit le comportement à l’impact d’un alliage d’aluminium de désignation 2519. Pour cela, il utilise deux types d’éprouvettes cylindriques pour obtenir diverses vitesses de déformation : 630 s . Il étudie aussi l’influence de la température sur le comportement et identifieainsi une loi de type Cowper-Symonds. Bouix [Bouix 2009] utilise les barres d’Hopkinson pour caractériser des échantillons de mousse en polypropylène de densités variables. Les échantillons sont cylindriques de longueur 10 mm et de diamètre 38 mm. Les vitesses de déformation obtenuesdéformation induite par l’impact de la barre incidente par l’impacteur. Pour atténuer ce phéno- mène, il présente une nouvelle gamme d’éprouvettes cylindriques dont la partie utile comporte des brides plus ou moins nombreuses (Figure 2.12). Les éprouvettes sont en alliage de titane Ti6Al4V.

Les essais sur barre d’Hopkinson sont historiquement des essais de compression dynamique. Des éprouvettes ou des montages spécifiques doivent donc être utilisés pour mettre en traction la zone utile de l’éprouvette. Gary [Gary 2002] évoque le cas de la traction. Il explique que de nombreuses techniques ont été développées mais aucune ne se distingue particulièrement.Parmi les montages, on peut citer celui utilisé par Arthington [Arthington 2012] pour des essais de traction sur des éprouvettes en alliage de Zirconium, et pour des vitesses de déformation Introduit par Meyers en 1981, [Meyers 1981]), les éprouvettes de type chapeau permettent une meilleure compréhension des déformations en cisaillement dans les matériaux [Meyers 2001]. Elles sont aussi utilisées pour la caractérisation de matériaux [Hor 2011].Une éprouvette de type chapeau (Figure 2.14) est une éprouvette cylindrique dont la mise en compression favorise, par un changement brutal de section, la mise en cisaillement d’une zone de l’éprouvette, dite zone de cisaillement. Pour Hor [Hor 2011], cette zone est difficilement prévisible car elle dépend du cycle thermo-mécanique imposé. L’éprouvette chapeau peut être montée sur une barre d’Hopkinson de compression.