High strain rate testing of aluminium alloy & high speed photography

In order to gain in safety, it is necessary to study material responses in severe conditions, for instance under dynamic loadings, especially in the case of light alloys used in car, nautical and aeronautical industries. The initiated study concerns fatigue-impact coupling effects on a commercial aluminium alloy (AA5454) used in car industry. Through a part of this investigation, by modificating the pre-existent flywheel, we try to characterize its dynamic strain and failure properties. The first modification is the changing of the specimen holding device, using a new measurement technique, inspired by the Split Hopkinson Pressure Bar. This allows us to obtain data directly exploitable for the derivation of the intrinsie material behaviour, avoiding then a numerical post treatment. Furthermore, we present the multi-CCD camera system that we set up in addition to the flywheel apparatus. This photographie device is associated to this equipment in order to visualize localisation of plastic strain and subsequent failure phenomenon

ANALYSE DES MÉCANISMES D'ENDOMMAGEMENT D'UNE PLAQUE COMPOSITE IMPACTÉE

Dans ce travail, on s'intéresse au comportement de plaques composites à matrice organique (thermodurcissable ou thermoplastique) et à fibres longues impactées par des éclats sphériques de faible masse (bille de 1 gramme, de 6 mm), et de vitesse moyenne comprise entre 100 et 300 m/s. Une modélisation analytique permet, à partir d'un bilan énergétique, de calculer l'énergie consommée par délaminage. Les modes et la vitesse de propagation du délaminage sont ensuite étudiés par simulation numérique et analytique.This paper describes the behaviour of fibers reinforced plastic plates impacted by kinetics splinters (sphere of 1 g and diameter equal to.6 mm), and of medium velocity include between 100 m/s and 300 m/s. The energy absorbed by the delamination was calculated by an analytical model. The modes and the velocity of propagation of the delamination were investigated by a numerical and analytical method

The impact resistance of CTBN- modified epoxy adhesive joints

The wide use of structural adhesives by cars'manufacturers, lays down the problem of the impact resistance of a rubber-modified epoxy-bonded steel joint. An experimental device, which allows us to reach high strain rates under different failures modes (mode I, mode II, mode I+II) and under different temperature conditions, has been developed. To allow the use of fracture mechanics, to study the substrate influence, adhesive specimens have been realized with an interfacial defect. The microstructure analysis of adhesive joints, using thermal characterization and infra-red-spectroscopy, have shown differences between joint thicknesses and between joint cures schedules, due to the hardening and phase separation processes. These morphological differences are immediately followed by modifications in energy release rate results. There is cause to believe that this phenomenon is due to the relationships between structure and mechanical properties.La grande utilisation des adhésifs structuraux dans l'industrie automobile pose le problème de la résistance à l'impact des assemblages collés. Cette étude a donc pour objet la détermination d'un facteur caractéristique de la résistance à l'impact d'un assemblage collé, tôle d'acier/époxy modifiée/tôle d'acier. Un dispositif expérimental nous permettant d'atteindre de grandes vitesses de déformation sous différentes températures a été développé. Afin d'étudier l'influence du substrat et de déterminer une valeur caractéristique de l'adhérence, des joints d'adhésif ont été réalisés avec une fissure interfaciale

EVALUATION OF FORCE AND PARTICLE VELOCITY AT THE HEATED END OF A ROD SUBJECTED TO IMPACT LOADING

Une méthode pour déterminer la force et la vitesse à l'extrémité chauffée d'une barre soumise à des sollicitations dynamiques est présentée. Cette méthode est basée sur le fait que l'impédance peut être représentée par une fonction de plusieurs paramètres. Si la fonction caractéristique d'impédance est connue, la force et la vitesse particulaire à l'extrémité chauffée de la barre peuvent être déterminées à partir des déformations mesurées en deux sections droites de cette barre. Pour évaluer cette fonction, la barre est impactée par un projectile à une extrémité et l'extrémité chauffée est libre. Les paramètres optimaux sont déterminés par une procédure de minimisation de l'erreur, c.a.d. la force à l'extrémité libre de la barre. Les résultats montrent que l'erreur obtenue avec une impédance constante n'est pas négligeable tandis que celle obtenue après minimisation est du même ordre de grandeur que l'erreur pour un essai à température constante. Il est donc possible, avec cette méthode, d'obtenir la force et la vitesse à l'extrémité chauffée d'une barre avec la même précision que pour une barre à température constante.A method to evaluate the force and particle velocity at the heated end of a rod subjected to impact loading is presented. The method is based on a characteristic impedance function determined by a set of parameters. With a given characteristic impedance function the force and particle velocity at the heated end can be evaluated from measured strains at two cross-sections of the rod. In order to evaluate the characteristic impedance function the rod is impacted by a hammer at one end and the heated end is free. The optimal set of parameters is determined by a procedure which minimizes the error, i. e. the evaluated force at the free end of the rod. The results show that the error obtained with the constant characteristic impedance function is considerable, whereas the error obtained with the evaluated characteristic impedance function is of the same magnitude as the error obtained for a test at constant temperature. Thus, with this method it is possible to evaluate the force and particle velocity at the heated end of a rod with the same accuracy as for a uniform rod at room temperature

Intralaminar shear loading effects on the damage process of multiply composites at impact rates

Les matériaux composites, comme matériaux constitutifs d'éléments de structures dédiés à l'absorption d'énergie lors d'un crash, sont a priori les mieux adaptés pour répondre à cette spécification de besoins. Cependant, l'absorption peut être stoppée par l'apparition de mécanismes, comme le cisaillement intralaminaire, conduisant à la ruine prématurée de la structure. Ce travail a alors pour but l'étude de l'effet de ces contraintes de cission aux interfaces fibre-matrice pour tels matériaux soumis à un impact. Deux dispositifs d'impacts ont été modifiés afin d'étudier, sous différentes vitesses de sollicitation, le comportement macroscopique des processus d'endommagement initiés au sein de stratifiés verre E - époxyde. Une analyse microscopique du dommage permet de déterminer la nature de l'endommagement, son mode de propagation et sa localisation.Composite materials, when they are used as structural elements to ensure absorption energy during impacts, can give better results than those of steel. However, their energy absorption capacities can be reduced due to some damage mechanisms, like intralaminar shear, which induce a premature failure. The aim of this study is to investigate the intralaminar shear effects at fibre-matrix interfaces when composite materials are subjected to impacts. A servo-hydraulic testing machine and a Hopkinson bars tensile apparatus were improved to investigate, by using Damage Mechanics, the shear behaviour under high strain rates of E-glass reinforced epoxy crossply laminates. A microscopical analysis of the damage phenomena allows us to know the damage initiation and propagation processes

A methodological improvement of dynamic fracture toughness evaluations using an instrumented Charpy impact tester

L'objectif de l'étude est d'essayer une méthode de détermination de la ténacité dynamique basée sur la mesure du déplacement d'un point de l'éprouvette. Il est aussi possible d'éviter le traitement par une analyse dynamique de l'effort généralement enregistré au niveau de l'impacteur pour obtenir le chargement effectif de l'éprouvette au cours du temps lors d'un essai de type CHARPY. Un capteur de déplacement sans contact est utilisé afin de mesurer la flèche au voisinage de l'entaille de l'éprouvette au cours du choc. De la valeur de la flèche à l'amorçage de la rupture peut être déduit le facteur critique d'intensité de contraintes à l'aide d'une analyse quasistatique. L'utilisation de cette méthode pour caractériser la ténacité dynamique du PMMA donne une valeur comparable aux résultats trouvés dans la littérature.The study aims at the investigation of a method based on the displacement measurement of a specimen point for the determination of dynamic toughness. Thus, it is possible to avoid the treatment of the force generally recorded through the impactor by a dynamic analysis in order to obtain the true load undergone by the specimen during a CHARPY impact test. Deflection of the impacted specimen is measured with the help of a non contacting displacement transducer. Then, a static calibration is used to derive the fracture toughness from the deflection of the beam at fracture initiation. Characterizing the dynamic fracture toughness of PMMA with this experimental procedure gives rise to a value consistent with results reported in the literature

Propriétés mécaniques des matériaux composites (SiC/2124 et SiC/8090) soumis à des sollicitations en torsion et traction à grande vitesse et à haute température

Le comportement statique et dynamique en traction et en torsion des matériaux composites à matrice métallique (Al-Cu 2124 et Al-Li 8090) renforcés par des particules de carbure de silicium (SiC) a été étudié pour une gamme de température allant de 25°C à 550°C. Un dispositif de barres de Hopkinson est utilisé pour tous les essais dynamiques. Ces essais montrent pour les deux matériaux que la vitesse de déformation a une influence très nette sur la déformation maximale et moindre sur la résistance à rupture. Pour des sollicitation à des températures inférieures à 250°C, la résistance et la ductilité restent à peu près constantes. Elles diminuent à partir de températures plus élevés (> 250°C). L'incidence de la vitesse de déformation et de la température sur les comportements en traction et en torsion est la même.The static and dynamic behaviour of two metal-matrix (Al-Cu 2124 and Al-Li 8090) composite materials, reinforced by particulate SiC have been studied under torsion and tension in the temperature range 25 to 550°C. All the dynamic tests are based on the SHPB technique. The tests show that the strain rate has an obvious influence on the maximum deformation and a smaller influence on the strength at fracture for the two materials. For temperatures lower than 250°C, the strength and the ductility remain almost constant. They decrease at high temperature (> 250°C). The effects of strain rate and temperature on the behaviour is same for both tension and torsion