ESSAIS DE DÉGLAÇAGE PAR DÉFORMATION DU SUBSTRAT EN TRACTION

Montage et échantillons

Le montage consiste en une presse de traction conventionnelle de marque Applied Test System, ATS placée en chambre climatique en position horizontale de façon à ce que l’échantillon soit directement sous les gicleurs de pluie verglaçante (Figure 4-2). L’échantillon plat est installé dans les attaches où il est étiré d’environ 0,05 % avant le givrage. De cette façon, l’échantillon est parfaitement horizontal et le glaçage se fait de façon uniforme. Un gabarit permettant de glacer seulement la surface de l’échantillon est installé avant le givrage. Après le glaçage, on attend une heure afin que la glace soit bien à la température de la chambre soit -10 °C. L’échantillon est glacé et étiré sans subir aucune manipulation réduisant ainsi les risques de bris accidentel entre les étapes du glaçage et de la mise en traction. L’acquisition des données (charge et déformation) s’effectue avec un ordinateur doté du logiciel Quick log. La fréquence de l’acquisition, sélectionnée en fonction de la vitesse de l’essai, est comprise entre 100 et 1000 lectures par seconde. L’essai et l’acquisition des données sont démarrés indépendamment l’un de l’autre.
Dans l’essai de traction givré, la déformation a été mesurée en temps réel à l’aide de la jauge collée au centre de l’échantillon sur la surface non couverte de glace. Pour sa part, la charge appliquée est mesurée, également en temps réel, à l’aide de la cellule de charge de la presse. A partir de ces enregistrements, on obtient les graphiques de contrainte en fonction de la déformation. Le décollement ou la fissuration de la glace provoque un changement de pente dans les enregistrements obtenus. Ce changement est obtenu en raison de la diminution de la rigidité de la lame hétérogène lors du bris et permet de déterminer la déformation du substrat à cet instant. Dans la plupart des cas, une photo de l’échantillon brisé a été prise et dans six (6) cas, l’essai a été filmé à haute vitesse.
Des échantillons de trois matériaux différents soit raluminium 2024 T3, l’aluminium 3105 H14 et le nylon, ont été préparés selon la norme ASTM D638-02a (aluminium) et la norme ATSM D882-91 (nylon). Les dimensions des échantillons sont données au Tableau 4-1 qui fait aussi mention des types de jauges et des produits utilisés pour les coller.

Calculs et modèles utilisés

Pour ces essais, on considère que l’échantillon hétérogène composé du substrat et de la glace se déforme en régime élastique linéaire où la loi de Hooke est applicable. Les contraintes imposées à l’échantillon n’atteignent pas la limite élastique du substrat.
Les efforts agissant sur l’échantillon glace/substrat dans l’essai de traction sont présentés à la Figure 4-3. Ce diagramme de corps libre a été en partie tiré du mémoire de maîtrise de Mehran Matbou Riahi (Riahi Matbou, 2007) portant sur l’étude numérique de l’essai de traction tel que présenté dans ce document.
Lorsque la force, P est appliquée sur le substrat, deux réactions se produisent. Premièrement, la contrainte normale provoque retirement du substrat et de la glace. Deuxièmement, il y a une légère flexion due à l’excentricité de l’échantillon hétérogène où l’axe neutre ne correspond pas à l’axe de traction. Donc, comme le montre le diagramme de corps libre, l’échantillon est soumis à un moment fléchissant M et à un effort tranchant V. À l’interface dans la glace, il y a une contrainte normale aint g,ace, égale à la contrainte due à la traction cT int g,ace à laquelle s’additionnent une contrainte due à la flexion (JF int ^ace et un cisaillement provoqué par l’effort tranchant. Ce cisaillement est plus important à chaque bout de l’échantillon où il y a déplacement de l’axe neutre par rapport à l’axe de traction.
Les calculs relatifs à cet essai sont principalement basés sur l’hypothèse que la déformation du substrat à la jauge esubstrat est égale à la déformation à l’interface qui est la même dans la glace et le substrat. De plus, on néglige la déformation latérale et on suppose que l’échantillon glacé n’est pas endommagé avant l’application de la charge. De cette façon, la contrainte normale de rupture à l’interface dans la glace a mptute int . est évaluée à la mi-longueur de l’échantillon à partir de la déformation de rupture smpt, mesurée par la jauge au moment du bris, multipliée par le module de rigidité de la glace (Tableau 4-2). La contribution de cisaillement a été considérée négligeable. Cette dernière sera discutée de façon plus détaillée à la section 7.3.4. Enfin, le module de rigidité de l’échantillon hétérogène Ehétérogènc est évalué point par point à partir des courbes expérimentales de la contrainte appliquée O »app|iquée. Ces dernières illustrent clairement la perte de rigidité lors du bris ou le décollement de la glace.