Identification de lois de comportement
Essais réalisés au laboratoire
Plusieurs essais dynamiques ont été développés selon la nature de la sollicitation souhaitée, principalement en traction, compression et cisaillement. Certains sont classiques (essai de Taylor et essai de cisaillement), d’autres sont totalement novateurs (essai de traction dynamique et essai de frottement).
Essai d’impact de Taylor
Le premier essai développé avec le dispositif expérimental est l’essai d’impact de Taylor. Cet essai, qui permet de caractériser le comportement principalement en compression des matériaux aux forts taux de déformation (10E4−10E5/s), consiste à projeter un échantillon cylindrique sur une cible rigide dans le cas de l’essai de Taylor direct ou sur un échantillon identique dans le cas d’un essai de Taylor symétrique. Les profils de la cible et du projectile sont alors utilisés comme réponses expérimentales dans le processus d’identification de la loi de comportement.
La gamme des déformations pouvant être obtenues avec des essais d’impact de Taylor est relativement large comme illustré ci-dessous où on présente l’état déformé d’un échantillon d’aluminium, de dimensions initiales (diamètre 10mm, longueur 28mm), après un essai d’impact direct sur une cible en acier pour vitesse d’impact Vc =278m/s. Les très forts taux de déformation obtenus lors de cet essai conduisent ici à la présence de zones endommagées et fissurées sur le projectile.
Essai de cisaillement dynamique
Le second type de sollicitation envisagé concerne la caractérisation du comportement en cisaillement dynamique d’un matériau. Le principe de cet essai est similaire à celui de l’essai de Taylor, mais la forme de l’échantillon est telle que l’essentiel de la déformation plastique obtenue résulte du cisaillement dans une zone confinée de la cible. Cette forme, généralement connue sous la dénomination de “éprouvette chapeau” est issue des travaux de Meyers et al. La figure ci-dessous montre un échantillon en aluminium 2017 déformé après un impact par un projectile constitué d’un cylindre de Taylor à une vitesse Vc = 111m/s.
Essai de traction dynamique
Un essai original a été développé au sein du laboratoire afin de caractériser le comportement d’un matériau soumis à une sollicitation de traction dynamique. La cible, un tube creux, est soumise à une sollicitation de traction sur sa partie utile (la zone centrale) suite à l’impact du projectile sur le fond intérieur. Après l’impact, la longueur de la zone utile, la longueur totale et le diamètre de la cible sont pris en compte afin d’identifier les paramètres de la loi de comportement. Les simulations numériques réalisées au cours de cette étude montrent que la plus grande partie de l’energie plastique dissipée (environ 80%) se situe dans la zone utile sollicitée en traction de l’éprouvette. La figure ci-dessousmontre une vue d’un échantillon totalement rompu après impact.
Essai d’extrusion conique
Un deuxième essai original développé au LGP concerne l’étude du frottement dynamique à grande vitesse pour l’identification de la loi de contact associée à un couple de matériaux A et B. L’essai d’extrusion conique développé consiste à projeter un lopin d’un matériau A dans une cible en matériau B percée d’un alésage en forme de tronc de cône prolongé par une forme cylindrique. La partie en tronc de cône en tête de l’échantillon facilite l’auto-adaptation du projectile dans la cible. La conception du système a pour objectif l’obtention d’une énergie de dissipation par frottement la plus grande possible (au moins 60% de l’énergie totale dissipée).
Essai de rupture dynamique
La gamme des essais de caractérisation de la loi de comportement est complétée par la caractérisation de la loi d’endommagement du matériau basée sur un essai de rupture par cisaillement dynamique. Cet essai consiste à impacter un échantillon entaillé de forme parallélépipédique avec un projectile de type cylindre de Taylor. Cet essai est le seul de la gamme faisant apparaître une non axi-symétrie de la cible par rapport à l’axe du canon. Deux configurations peuvent être mises en oeuvre :
- un essai à déformation contrôlée, dans lequel on contrôle le déplacement de la face arrière de l’échantillon lors de l’impact
- un essai à déformation libre dans laquelle on peut observer la rupture complète de l’échantillon
Le but de cet essai est d’étudier les conditions d’initiation de la rupture au sein du matériau ainsi que de caractériser la propagation de la fissure au sein du matériau. Cet essai est le dernier mis en oeuvre au laboratoire et est actuellement en cours de mise au point dans le cadre du travail de thèse de I. Nistor.
