Impact par masse tombante

Le dispositif d’impact par masse tombante utilisé dans le cadre de ces travaux est une tour de chute Dynatup 8250 [Instron, 1999]. Cette machine est initialement conçue pour réaliser des essais d’impact tels que ceux décrits dans la norme ASTM D 7136 [ASTM, 2007]. Cette norme permet de représenter la chute d’un outil sur un élément de peau en composite d’un fuselage, compris entre deux cadres et deux lisses. En effet, le fuselage des avions est constitué d’une peau, métallique ou plus récemment composite, rivetée sur des cadres et des lisses. Les lisses sont des poutres parallèles à l’axe du fuselage. Elles permettent de reprendre les efforts de flexion de la voilure, transmis au fuselage par le caisson central, où sont implantées les ailes. Les cadres sont des anneaux fixés perpendiculairement aux lisses. Ils permettent de donner au fuselage sa forme aérodynamique. La norme ASTM D 7136 permet de standardiser les essais d’impact par masse tombante et est plus particulièrement adaptée aux applications composites aéronautiques. Elle fixe les dimensions de la plaque à impacter à (150±0,25) x (100±0,25) mm² (Figure 2.1). L’épaisseur de la plaque peut varier, en fonction du matériau et, pour un stratifié, de l’empilement considéré. La cible est centrée sur une fenêtre d’impact de (125±1) x (75±1) mm². Elle est maintenue sur cette fenêtre par quatre sauterelles mécaniques recouvertes d’un embout en caoutchouc, afin de ne pas abîmer la plaque lors du serrage des sauterelles. L’impacteur doit avoir un embout de forme hémisphérique. En effet, dans la littérature [Mitrevski, 2006], c’est cette géométrie d’impacteur qui a engendré le plus de dommages internes, à dommage visible de l’extérieur équivalent. Le diamètre de l’embout est fixé à (16±0,1) mm par la norme. Cet embout est fixé sur une colonne qui glisse le long de deux guides lors de la chute. Ces guides assurent la verticalité de l’impacteur au moment de l’impact. La masse totale de l’impacteur, constitué de l’embout hémisphérique et de la colonne à laquelle est fixé cet embout, doit valoir (5,5±0,25) kg. La hauteur de chute, notée h, est réglée de manière à atteindre l’énergie d’impact souhaitée (2.1). Ce dispositif permet d’atteindre, par gravité, des vitesses d’impact allant de 0,7 à 4,7 m/s et des énergies d’impact allant de 0,76 à 500 J. Au cours de l’essai, la vitesse de l’impacteur juste avant l’impact, la force axiale d’impact sur l’impacteur et les déplacements du point opposé à l’impact sont mesurés. L’énergie, au moment de l’impact, est calculée par le logiciel IMPULSE [Instron, 2003] à partir de la force au moment de l’impact et de la vitesse d’impact. Ce logiciel est fourni avec la machine. La vitesse et les déplacements de l’impacteur au cours de l’essai sont calculés en intégrant la force mesurée au cours du temps, par la méthode des trapèzes. De même, une estimation de l’énergie absorbée par le spécimen est calculée par intégration, selon la règle des trapèzes, de la courbe représentant la force mesurée sur l’impacteur en fonction de son déplacement calculé.

Indentation hors-plan

Le dispositif d’indentation hors-plan est réalisé sur une machine de traction/compression (Figure 2.2 a). Cet essai doit permettre de quantifier la part de l’aspect dynamique de l’essai d’impact. Il s’agit de reproduire les mêmes conditions expérimentales en quasi-statique. Ainsi, un embout hémisphérique de diamètre 16 mm est monté sur la traverse de la machine (repère 1 sur la Figure 2.2 a). Les vitesses de déplacement de la traverse portant l’indenteur sont comprises entre 2.10-8 et 8.10-3 m/s. Un capteur de force axiale permet de mesurer la force appliquée sur la traverse, jusqu’à 50 kN. Les déplacements du point opposé à l’indentation sont mesurés par un capteur mécanique linéaire de déplacements (ou capteur LVDT pour Linear Variable Differential Transformer – repère 1 sur la Figure 2.2 b). Pour les plus hautes vitesses de chargement, ce capteur est remplacé, par mesure de sécurité, par le capteur de déplacement sans contact par triangulation laser de la machine d’impact par masse tombante.